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KR102137796B1 - 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유 및 그로부터 제조된 섬유 및 부직포 물질의 제조 방법 - Google Patents

미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유 및 그로부터 제조된 섬유 및 부직포 물질의 제조 방법 Download PDF

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KR102137796B1
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조나단 스튜어트 핍스
션 아일랜드
데이빗 스쿠스
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파이버린 테크놀로지스 리미티드
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Abstract

미세섬유화 셀룰로스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 추가의 첨가제, 그리고 선택적으로 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하는 섬유 및 부직 물질이 제공된다. 미세섬유화 셀룰로스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하는 섬유로부터 제조된 부직 물질이 제공된다.

Description

미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유 및 그로부터 제조된 섬유 및 부직포 물질의 제조 방법{COMPOSITIONS COMPRISING MICROFIBRILATED CELLULOSE AND POLYMERS AND METHODS OF MANUFACTURING FIBRES AND NONWOVEN MATERIALS THEREFROM}
본 발명은 일반적으로 섬유를 형성함에 있어서 미세섬유화 셀룰로스의 조성물, 제조 방법 및 용도와 이러한 미세섬유화 셀룰로스-함유 섬유를 포함하는 부직포 물질에 관한 것이다. 본 섬유는 미세섬유화 셀룰로스를 가공하는데 선택적으로 사용될 수 있는 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 추가로 포함할 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스의 조성물 또는 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질은 수용성 또는 분산성 폴리머를 추가로 포함할 수 있고, 이 조성물은 또한 섬유 및 이러한 섬유를 포함하는 부직포 물질을 형성하는데 사용될 수 있다.
최종 산물의 물리적, 기계적 및/또는 광학 요건과 균형을 맞추어야 하는, 미세섬유화 셀룰로스가 조성물의 또 다른 성분의 사용을 감소하고 결과적으로 비용을 줄이기 위해 다양한 조성물 및 제품에 첨가될 수 있다. 섬유 및 이들 섬유를 포함하는 부직포 물질의 제조에 사용하기 위해 미세섬유화 셀룰로스의 조성물과 미세섬유화 셀룰로스 및 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하는 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 섬유 및 이들로부터 제조된 부직포 제품의 제조에 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질의 사용과 관련된 이점은 섬유의 더 높은 미네랄 장입, 더 높은 미세섬유화 셀룰로스 장입, 탄성 계수 및/또는 인장 강도에서의 실질적인 악화 없음; 섬유의 탄성 계수 및/또는 인장 강도에서의 개선; 개선된 온도 저항, 생분해성 및/또는 풀림성 및 생분해성 조성물; 및 수계 (용매계가 아님) 조성물을 포함한다.
섬유 및 이들로부터 제조된 부직포 제품의 제조에 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질의 사용과 관련된 추가의 이점은 이러한 섬유 및 부직포 물질의 퇴비로 되는 능력과 본 섬유 및 부직포 물질이 지속가능한 공급원으로부터 유래한다는 것을 포함한다.
본 발명은 일반적으로 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 조성물과 섬유 및 이러한 섬유로부터 제조되고 이를 포함하는 부직포 물질을 제조하기 위해 이러한 미세섬유화 셀룰로스 조성물을 이용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 조성물 및 방법에 대해 적합한 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 본 발명의 방법에 의해, 연삭 용기에서 0.5mm 초과 크기의 연삭 물질로 가공되고, 이어서 정제기, 균질기에서 또는 초음파 기구로 음파처리함에 의해 제2 단계 가공될 수 있어, 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50), 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율, 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 초래한다. 전술한 2단계 가공에 의해 수득되거나 또는 수득될 수 있는 미세섬유화 셀룰로스는 압출기를 통해 쉽게 압출될 수 있고, 감쇠 가스, 예컨대 하나 이상의 뜨거운 공기 흐름에 의해 건조될 수 있고, 그리고 섬유로 수집될 수 있다. 수집된 섬유는 부직포 결합된 패브릭 및 물품을 포함하는 다양한 부직 물질을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물 및 방법에 대해 적합한 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 본 발명의 방법에 의해, 연삭 용기에서 0.5mm 초과 크기의 연삭 물질로 가공되고, 이어서 정제기, 균질기에서 또는 초음파 기구로 음파처리함에 의해 제2 단계 가공될 수 있어, 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50), 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율, 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 초래한다. 전술한 2단계 가공에 의해 수득되거나 또는 수득될 수 있는 미세섬유화는 수용성 또는 분산성 폴리머와 혼합될 수 있고 그리고 압출기를 통해 쉽게 압출될 수 있고, 감쇠 가스, 예컨대 하나 이상의 뜨거운 공기 흐름에 의해 건조될 수 있고, 그리고 섬유로 수집될 수 있다. 수집된 섬유는 부직포 결합된 패브릭 및 물품을 포함하는 다양한 부직 물질을 제조하는데 사용될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 미세섬유화 셀룰로스는, 본 발명의 방법에 의해, 연삭 용기에서 0.5mm 초과 크기의 연삭 물질의 존재 또는 부재에서 적어도 하나의 무기 미립자 물질로 분쇄 (공동-가공)될 수 있고, 이어서 정제기, 균질기에서 또는 초음파 기구로 음파처리함에 의해 제2 단계 가공될 수 있어, 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50), 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율, 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 초래한다. 본 미세섬유화 셀룰로스는 더 높은 인장 강도 성능을 나타낼 수 있고, 그렇게 함으로써 이러한 미세섬유화 셀룰로스 조성물이 압출기를 통해 쉽게 압출되고, 감쇠 가스, 예컨대 하나 이상의 뜨거운 공기 흐름에 의해 건조되고, 그리고 섬유로 수집되도록 한다. 수집된 섬유는 부직포 결합된 패브릭 및 물품을 포함하는 다양한 부직 물질을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 미세섬유화 셀룰로스는, 본 발명의 방법에 의해, 연삭 용기에서 0.5mm 초과 크기의 연삭 물질의 존재 또는 부재에서 적어도 하나의 무기 미립자 물질로 분쇄 (공동-가공)될 수 있고, 이어서 정제기, 균질기에서 또는 초음파 기구로 음파처리함에 의해 제2 단계 가공될 수 있어, 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50), 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 초래한다. 본 미세섬유화 셀룰로스는 더 높은 인장 강도 성능을 나타낼 수 있고, 그렇게 함으로써 이러한 미세섬유화 셀룰로스 조성물이 압출기를 통해 쉽게 압출되고, 감쇠 가스, 예컨대 하나 이상의 뜨거운 공기 흐름에 의해 건조되고, 그리고 섬유로 수집되도록 한다. 전술한 2단계 가공에 의해 수득되거나 또는 수득될 수 있는 미세섬유화는 선택적으로 수용성 또는 분산성 폴리머와 혼합될 수 있고 그리고 압출기를 통해 쉽게 압출될 수 있고, 감쇠 가스, 예컨대 하나 이상의 뜨거운 공기 흐름에 의해 건조될 수 있고, 그리고 섬유로 수집될 수 있다. 수집된 섬유는 부직포 결합된 패브릭 및 물품을 포함하는 다양한 부직 물질을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 섬유가 제공되고, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상이다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제1 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제1 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크 또는 플레이트 정제기일 수 있다.
제1 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, (a) 미세섬유화 셀룰로스로, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상인, 미세섬유화 셀룰로스; 및 (b) 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하는 섬유가 제공된다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제2 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제2 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크 또는 플레이트 정제기일 수 있다.
제2 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
제2 측면의 특정 구현예에서, 수용성 또는 분산성 폴리머는 수용성 폴리머, 천연 및 합성 라텍스, 폴리머 입자의 콜로이드성 분산물, 에멀젼, 미니-에멀젼, 마이크로-에멀젼 또는 분산 중합체를 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 섬유가 제공되고, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정으로, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 연삭은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상이다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제3 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제3 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 교반된 매체 데트리터, 스크린된 연삭기, 타워 밀, SAM 또는 IsaMill일 수 있다.
제3 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 섬유가 제공되고, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정으로, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 연삭은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 부재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상이다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제4 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크 또는 플레이트 정제기일 수 있다.
제4 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제4 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, (a) 미세섬유화 셀룰로스로, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정으로, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 연삭은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상인, 미세섬유화 셀룰로스 및 (b) 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 섬유가 제공된다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제5 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크 또는 플레이트 정제기일 수 있다.
제5 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제5 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
제5 측면의 특정 구현예에서, 수용성 또는 분산성 폴리머는 수용성 폴리머, 천연 및 합성 라텍스, 폴리머 입자의 콜로이드성 분산물, 에멀젼, 미니-에멀젼, 마이크로-에멀젼 또는 분산 중합체를 포함한다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, (a) 미세섬유화 셀룰로스로, 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정으로, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 연삭은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고; 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 부재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 여기서 상기 연삭 매체는 크기가 0.5mm 이상인, 미세섬유화 셀룰로스; 및 (b) 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 섬유가 제공된다.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다
제6 측면의 특정 구현예에서, 정제기는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크 또는 플레이트 정제기일 수 있다.
제6 측면의 특정 구현예에서, 연삭 용기는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기일 수 있다.
제6 측면의 특정 구현예에서, 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른일 수 있다.
제6 측면의 특정 구현예에서, 수용성 또는 분산성 폴리머는 수용성 폴리머, 천연 및 합성 라텍스, 폴리머 입자의 콜로이드성 분산물, 에멀젼, 미니-에멀젼, 마이크로-에멀젼 또는 분산 중합체를 포함한다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 상기 무기 미립자 물질 이외의 연삭 매체는 0.5mm 이상의 최소 크기를 갖는다. 존재할 때, 본 연삭 매체는 천연 또는 합성 물질의 것일 수 있다. 본 연삭 매체는, 예를 들어, 임의의 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속 재료의 볼, 비드 또는 펠렛을 포함할 수 있다. 그와 같은 물질은, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트 점토를 하소시켜 생산된 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 Carbolite® 연삭 매체가 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입자 크기의 천연 모래의 입자가 사용될 수 있다.
다른 구현예에서, 경재 연삭 매체 (예를 들어 목분)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 방법에서 사용하기 위해 선택되어 지는 연삭 매체의 유형 및 입자 크기는, 예를 들어, 분쇄되어 지는 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 의존적일 수 있다. 일부 구현예에서, 미립자 연삭 매체는 약 0.5mm 내지 약 6.0mm의 범위, 또는 약 0.5mm 내지 약 4.0mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 연삭 매체 (또는 매체들)는 충전의 약 70용적%까지의 양으로 존재할 수 있다. 연삭 매체는 충전의 적어도 약 10용적%, 예를 들어, 충전의 적어도 약 20용적%, 또는 충전의 적어도 약 30용적%, 또는 충전의 적어도 약 40용적%, 또는 충전의 적어도 약 50용적%, 또는 충전의 적어도 약 60용적%의 양으로 존재할 수 있다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 Malvern (Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용한 레이저 광 산란) 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 Malvern (Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용한 레이저 광 산란) 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻도록 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 섬유 경사도 (즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 하기 식에 의해 결정된다:
경사도 = 100 x (d30/d70).
미세섬유화 셀룰로스는 약 100이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 갖는다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 0.1-500㎛의 범위인 형태상의 섬유 입자 크기를 갖는다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 0.1-500㎛의 범위인 형태상의 섬유 입자 크기와 0.25-20㎛의 범위인 형태상의 무기 미립자 물질 입자 크기를 갖는다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 제1 연삭 단계에서 미세섬유화 셀룰로스는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기로 수득되거나 또는 수득될 수 있다.
제1 내지 제6 측면의 특정 구현예에서, 제2 정제 단계에서 미세섬유화는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크, 또는 플레이트 정제기, 예를 들어, 12in (30cm) 단일 디스크를 갖는 단일 디스크 정제기 (Sprout 제품)로 수득되거나 또는 수득될 수 있다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스를 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 단계 (1)로부터의 미세섬유화 셀룰로스를 압출기를 통해 압출하는 단계;
(3) 압출된 미세섬유화 셀룰로스를 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(4) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스를 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 미세섬유화 셀룰로스의 조성물을 폴리머와 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
(3) 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하는 단계;
(4) 압출된 제2 혼합물을 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(5) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 단계 (1)로부터의 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 압출기를 통해 압출하는 단계;
(3) 압출된 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(4) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
본 발명의 제10 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 부재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 단계 (1)로부터의 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 압출기를 통해 압출하는 단계;
(3) 압출된 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(4) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
본 발명의 제11 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 유기 미립자 물질의 조성물을 폴리머와 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
(3) 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하는 단계;
(3) 압출된 제2 혼합물을 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(4) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
본 발명의 제12 측면에 따르면, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서,
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고;
여기서 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정은 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 부재에서 수성 환경에서 수행되고;
여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
(2) 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 유기 미립자 물질의 조성물을 폴리머와 혼합하여 제2 혼합물을 형성하는 단계;
(3) 제2 혼합물을 압출기를 통해 압출하는 단계;
(4) 압출된 제2 혼합물을 감쇠 가스, 예를 들어, 뜨거운 공기로 감쇠하는 단계; 및
(4) 압출된 섬유를 수집하는 단계.
특정 구현예에서, 본 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 무기 미립자 물질 이외의 연삭 매체는 0.5mm 이상의 최소 크기를 갖는다. 존재할 때, 본 연삭 매체는 천연 또는 합성 물질의 것일 수 있다. 본 연삭 매체는, 예를 들어, 임의의 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속 재료의 볼, 비드 또는 펠렛을 포함할 수 있다. 그와 같은 물질은, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트 점토를 하소시켜 생산된 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 Carbolite® 연삭 매체가 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입자 크기의 천연 모래의 입자가 사용될 수 있다.
다른 구현예에서, 경재 연삭 매체 (예를 들어 목분)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 방법에서 사용하기 위해 선택되어 지는 연삭 매체의 유형 및 입자 크기는, 예를 들어, 분쇄되어 지는 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 의존적일 수 있다. 일부 구현예에서, 미립자 연삭 매체는 약 0.5mm 내지 약 6.0mm의 범위, 또는 약 0.5mm 내지 약 4.0mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 연삭 매체 (또는 매체들)는 충전의 약 70용적%까지의 양으로 존재할 수 있다. 연삭 매체는 충전의 적어도 약 10용적%, 예를 들어, 충전의 적어도 약 20용적%, 또는 충전의 적어도 약 30용적%, 또는 충전의 적어도 약 40용적%, 또는 충전의 적어도 약 50용적%, 또는 충전의 적어도 약 60용적%의 양으로 존재할 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 Malvern (Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용한 레이저 광 산란) 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 Malvern (Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용한 레이저 광 산란) 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻도록 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 섬유 경사도 (즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 하기 식에 의해 결정된다:
경사도 = 100 x (d30/d70).
미세섬유화 셀룰로스는 약 100이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 갖는다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 0.1-500㎛의 범위인 형태상의 섬유 입자 크기를 갖는다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 0.1-500㎛의 범위인 형태상의 섬유 입자 크기와 0.25-20㎛의 범위인 형태상의 무기 미립자 물질 입자 크기를 갖는다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 제1 연삭 단계에서 미세섬유화 셀룰로스는 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기로 수득되거나 또는 수득될 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 제2 정제 단계에서 미세섬유화는 단일 디스크, 원뿔형 트윈 디스크, 또는 플레이트 정제기, 예를 들어, 12in (30cm) 단일 디스크를 갖는 단일 디스크 정제기 (Sprout 제품)로 수득되거나 또는 수득될 수 있다.
제1 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정이 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정을 이용하지 않는 방법에 비교하여 본 발명의 방법에 의한, 중앙 직경 (d50)은 100㎛ 미만이고, 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율, 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 갖는다.
제1 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, (i) 연삭 용기에서 섬유질 기재를 연삭하는 공정이 적어도 하나의 무기 미립자 물질의 존재에서 되는 공정 및 (ii) 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나 또는 초음파 기구로 음파처리하는 공정의 2단계 공정을 이용하지 않는 방법에 비교하여 본 발명의 방법에 의한, 중앙 직경 (d50)은 100㎛ 미만이고, 25㎛보다 미세한 물질의 증가된 백분율, 및 300㎛보다 조악한 물질의 보다 낮은 백분율을 가지고; 그리고 여기서 상기 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 수행되고; 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상이다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 상기 방법은 감쇠 가스, 바람직하게는, 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름으로 압출된 섬유를 감쇠 또는 건조함에 의해, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되는 조성물을 압출하는 것을 포함한다.
제9 내지 제12 측면의 추가 구현예에서, 상기 방법은 감쇠 가스, 바람직하게는, 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름으로 압출된 섬유를 감쇠 또는 건조함에 의해, 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되는 조성물을 압출하는 것을 포함한다.
제11 내지 제12 측면의 더욱 추가 구현예에서, 상기 방법은 감쇠 가스, 바람직하게는, 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름으로 압출된 섬유를 감쇠 또는 건조함에 의해, 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질 그리고 수용성 또는 분산성 폴리머를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되는 조성물을 압출하는 것을 포함한다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 감쇠 가스는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 압출된 섬유를 건조하는 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름을 포함한다. 제9 내지 제12 측면의 다른 구현예에서, 감쇠 가스는 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질을 포함하는 압출된 섬유를 건조하는 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름을 포함한다.
제11 및 제12 측면의 특정 구현예에서, 감쇠 가스는 미세섬유화 셀룰로스 및 적어도 하나의 무기 미립자 물질과 폴리머를 포함하는 압출된 섬유를 건조하는 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름을 포함한다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 압출 비는 약 0.3g/분 내지 약 2.5g/분이고, 또는 다른 구현예에서 압출 비는 약 0.4g/분 내지 0.8g/분일 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 섬유는 100℃ 또는 그 미만의 온도에서 압출될 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 섬유는 약 0.1㎛ 내지 약 1mm의 평균 직경을 가진다. 다른 구현예에서, 섬유는 약 0.1㎛ 내지 약 180㎛의 평균 직경을 가진다.
제1 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 섬유는 약 5GPa 내지 약 20GPa의 탄성 계수를 가진다. 또 추가의 구현예에서, 섬유는 약 40MPa 내지 약 200MPa의 섬유 강도를 가진다. 일부 구현예에서, 섬유는 본 발명의 제2 측면의 방법의 2단계 공정에 의해 제조된 미세섬유화를 결하는 조성물로부터 제조된 섬유에 비해 탄성 계수에서의 증가를 가질 수 있다.
특정 구현예에서, 섬유는 방사형 섬유이다. 또 추가의 구현예에서 방사형 섬유는 스펀본딩에 의해 형성된다. 추가 구현예에서 방적결합 단계는 플래시-스피닝, 니들 펀칭 및 워터 펀칭으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 수집 단계는 부직포 웹을 형성하기 위한 유공성 표면 상에 섬유의 침착이다. 또 추가의 구현예에서, 유공성 표면은 이동하는 스크린 또는 와이어이다.
제7 내지 제12 측면의 특정 구현예에서, 부직포 웹은 수류-엉킴에 의해 결합된다. 또 추가의 구현예에서, 부직포 웹은 공기-통과 열융착 결합에 의해 결합된다. 특정 구현예에서, 부직포 웹은 기계적으로 결합된다.
본 발명의 이전의 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스의 조성물을 제조하기 위해 사용된 무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 점토, 무수 (하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전하게 하소된 카올린, 탈크, 마이카, 헌타이트, 하이드로마그네사이트, 가루 유리, 펄라이트 또는 규조토, 또는 규회석, 또는 이산화티타늄, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 라임, 흑연, 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 이전의 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스의 조성물은 전분, 카복시메틸 셀룰로스, 구아르 검, 우레아, 폴리에틸렌 옥사이드, 및 양쪽성 카복시메틸 셀룰로스로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함한다.
본 발명의 이전의 측면의 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스의 조성물은 분산제, 살생물제, 현탁화제, 및 산화제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함한다.
본 발명의 제13 측면에서, 부직포 제품을 제조하기 위해 제7 내지 제12 측면의 방법에 따른 섬유의 사용이 고려된다.
특정 구현예에서, 기저귀, 여성 위생용품, 성인 실금 제품, 포장재, 수건, 타월, 분진 걸레, 산업 의복, 의료용 드레이프, 의료용 가운, 발 커버, 멸균 랩, 테이블 보, 페인트 브러쉬, 냅킨, 쓰레기 봉투, 다양한 개인 위생용품, 지면 커버, 및 여과재로 구성된 군으로부터 선택된 부직포 제품을 제조하기 위해 본 발명의 제13 측면의 사용이 고려된다. 추가 구현예에서, 본 발명의 제13 측면에 의해 제조된 부직포 제품은 생분해성이다.
본 발명의 제14 측면에 따르면, 본 명세서에 기재된 본 발명의 임의의 전술한 측면 또는 추가의 구현예에 따른 직물을 제조하는 방법이 제공된다. 특정 구현예에서, 상기 방법은 본 발명의 임의의 측면 또는 구현예에 따른 하나 이상의 섬유가 웹을 형성하도록 이들을 분산하는 단계 및 이들이 교차하는 지점에서 하나 이상의 섬유를 결합하는 단계를 포함한다. 특정 구현예에서, 상기 방법은 본 발명의 임의의 측면 또는 구현예에 따른 하나 이상의 섬유를 직조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 구현예는 하기 이점 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 더 높은 미네랄 장입; 더 높은 MFC 장입; 조성물의 탄성 계수 및/또는 인장 강도에서의 실질적인 악화 없음; 조성물의 온도 저항, 탄성 계수 및/또는 인장 강도에서의 개선; 생분해가능하고 및/또는 풀림가능한 조성물; 및 수계 (용매계가 아님) 조성물.
본 발명의 언급된 측면 중 임의의 특정한 하나 이상에 관해 제공된 세부사항, 실시예 및 선호사항은 본 발명의 모든 측면에 동일하게 적용된다. 이들의 모든 가능한 변화에서 본 명세서에 기재된 구현예, 실시예 및 선호사항의 임의의 조합은 본 명세서에서 달리 나타내지 않는 한, 또는 문맥과 명확하게 반대되는 경우를 제외하고는 본 발명에 포괄된다.
도 1은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 물질을 포함하는 건조된 조성물에 대한 단일 디스크 정제기의 사용 효과의 요약을 도시한다.
도 2는 MFC 점도에 대한 초음파 배쓰에 노출의 효과를 도시한다.
도 3은 FLT 지수 (Nm/g)에 대한 초음파 탐침에 노출의 효과를 도시한다.
도 4는 MFC 점도에 대한 초음파 탐침에 노출의 효과를 도시한다.
도 5는 MFC에 대한 펄스된 초음파에 노출의 효과를 도시한다.
도 6은 초음파처리에 노출된 MFC에 대한 세라믹 매체 오염의 효과를 도시한다.
도 7은 50% POP 가압된 케이크에 대한 초음파처리의 효과를 도시한다.
도 8은 미네랄-프리 벨트 가압된 케이크에 대한 초음파처리 및 고전단의 효과를 도시한다.
도 9는 높은 고체 건조 분쇄된 벨트 가압된 케이크에 대한 초음파처리의 효과를 도시한다.
도 10은 높은 고체 건조 분쇄된 벨트 가압된 케이크에 대한 초음파처리의 효과를 도시한다.
본 발명은 일반적으로 다양한 섬유에 미세섬유화 셀룰로스의 사용과 이러한 섬유로부터 제조된 부직포 제품에 관한 것이다. 본 발명 또한 일반적으로 성형 또는 침착에 의해 제조된 다양한 부직포 제품에서 충전제로서 미세섬유화 셀룰로스의 사용에 관한 것이다.
미세섬유화 셀룰로스는 여기에 참고로 편입되는 WO 2010/131016 및 WO 2012/066308에 기재된 미세섬유화 셀룰로스의 특징 중 임의의 하나 이상을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 미세섬유화 셀룰로스는 이들 문서에서 기재된 방법 중 임의의 하나 이상에 의해 제조될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 연삭 매체의 존재에서 수성 환경에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭함에 의해 제조될 수 있고, 여기서 용어 "연삭 매체"는 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미하고 그리고 크기가 0.5mm 이상이다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는, 예를 들어, 공동-가공된 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질 조성물을 형성하도록 무기 미립자 물질의 존재에서 연삭될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "공동-가공된 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질 조성물"은 본 명세서에서 기재된 바와 같이 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로스를 포함하는 미세섬유화 섬유질 기재에 대한 공정에 의해 생산된 조성물을 지칭한다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는, 예를 들어, 연마가능한 무기 미립자 물질의 부재에서 연마될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는, 예를 들어, 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트, 바람직하게는 교반된 매체 데트리터에서 연마될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 약 10 내지 약 100 또는 약 20 내지 약 50의 범위인 섬유 경사도를 가질 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스 및 미세섬유화 셀룰로스를 제조하는 방법
ㆍ 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화처리
특정 구현예에서, 셀룰로스 펄프는 무기 미립자 물질, 예컨대 탄산칼슘의 존재에서 세게 휘저어 질 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 미세섬유화하는 단계는 미세섬유화하는 제제로서 작용하는 무기 미립자 물질의 존재에서 수행될 수 있다.
미세섬유화하는 것은 셀룰로스의 마이크로원섬유가 미세섬유화 이전 펄프의 섬유에 비교하여 개별 종으로 또는 더 작은 응집체로 유리 또는 부분적으로 유리된 공정을 의미한다. 미세섬유화 셀룰로스는 비제한적으로 본 명세서에서 기재된 공정을 포함하는, 셀룰로스를 미세섬유화함에 의해 수득될 수 있다. 섬유 및 이러한 섬유로부터의 부직포 물질을 제조하는데 사용하기에 적합한 전형적인 셀룰로스 섬유 (즉, 미세섬유화 이전 펄프)는 수백 또는 수천 개의 개별 셀룰로스 마이크로원섬유의 큰 응집체를 포함한다. 셀룰로스를 미세섬유화시킴으로써, 비제한적으로 본 명세서에 기재된 특징 및 특성을 포함하여, 특정 특징 및 특성이 미세섬유화 셀룰로스 및 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물에 부여된다.
섬유 및 이러한 섬유로부터 부직포 물질을 제조하기 위해 유용한 미세섬유화 셀룰로스의 제조를 위해, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 바람직하게는 2단계 미세섬유 형성 공정에서 처리될 수 있다. 섬유질 기재는 건조 상태에서 연삭 용기에 첨가될 수 있다. 연삭은 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트에서 달성될 수 있다. 바람직하게는, 연삭은 스크린된 연삭기, 예컨대 교반된 매체 데트리터에서 수행된다. 예를 들어, 섬유질 기재는 연삭 용기에 직접적으로 첨가될 수 있다. 연삭 용기에서 수성 환경은 그런 다음 펄프의 형성을 용이하게 할 것이다. 섬유질 기재를 미세섬유화하는 제2 단계는 임의의 정제기, 또는 균질기에서 또는 초음파 기구, 예를 들어, 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른으로 초음파처리에 의해 수행될 수 있다. 정제기는 단일 디스크, 원뿔형, 트윈 디스크, 또는 플레이트 정제기, 예를 들어, 12in (30cm) 단일 디스크를 갖는 단일 디스크 정제기 (Sprout 제품)일 수 있다.
일 구현예에서, 미세섬유화하는 단계는 습성-연삭 조건하에서 연삭 용기에서 수행된다.
습성-연삭(Wet-grinding)
연삭은 종래의 방식으로 적합하게 수행된다. 연삭은 0.5mm 이상 크기의 미립자 연삭 매체의 존재에서 마멸 연삭 공정일 수 있거나, 또는 자생 연삭 공정, 즉, 연삭 매체의 부재에서의 것일 수 있다. 연삭 매체는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재와 함께-연삭되는, 크기가 0.5mm 이상의 무기 미립자 물질 이외의 매체를 의미한다.
미립자 연삭 매체는, 존재할 때, 천연 또는 합성 물질일 수 있다. 연삭 매체는, 예를 들어, 임의의 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속 재료의 볼, 비드 또는 펠렛을 포함할 수 있다. 그와 같은 물질은, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트 점토를 하소시켜 생산된 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 Carbolite® 연삭 매체가 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입자 크기의 천연 모래의 입자가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 경재 연삭 매체 (예를 들어 목분)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 방법에서 사용하기 위해 선택되어 지는 연삭 매체의 유형 및 입자 크기는, 예를 들어, 분쇄되어 지는 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 의존적일 수 있다. 일부 구현예에서, 미립자 연삭 매체는 약 0.5mm 내지 약 6.0mm의 범위, 또는 약 0.5mm 내지 약 4.0mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 연삭 매체 (또는 매체들)는 충전의 약 70용적%까지의 양으로 존재할 수 있다. 연삭 매체는 충전의 적어도 약 10용적%, 예를 들어, 충전의 적어도 약 20용적%, 또는 충전의 적어도 약 30용적%, 또는 충전의 적어도 약 40용적%, 또는 충전의 적어도 약 50용적%, 또는 충전의 적어도 약 60용적%의 양으로 존재할 수 있다.
연삭은 하나 이상의 단계에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 거친 무기 미립자 물질은 예정된 입자 크기 분포로 그라인더 용기에서 분쇄될 수 있고, 그 후 셀룰로스를 포함하는 섬유질 물질이 첨가되고 그리고 미세섬유 형성의 원하는 수준이 얻어질 때까지 연삭이 계속된다.
거친(coarse) 무기 미립자 물질은 초기에 입자 중 약 20중량% 미만이 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 약 15중량% 미만, 또는 약 10중량% 미만이 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 또 다른 구현예에서, 거친 무기 미립자 물질은 초기에, Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정될 때, 입자 중 약 20용적% 미만이 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 약 15용적% 미만, 또는 약 10용적% 미만이 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
거친 무기 미립자 물질은 연삭 매체의 부재 또는 존재에서 습식 또는 건식 분쇄될 수 있다. 습성 연삭 단계의 경우에 있어서, 거친 무기 미립자 물질은 연삭 매체의 존재에서 수성 현탁액에서 분쇄될 수 있다. 그와 같은 현탁액에서, 거친 무기 미립자 물질은 바람직하게는 현탁액 중 약 30 내지 약 70중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 무기 미립자 물질은 부재일 수 있다. 상기에 기재된 바와 같이, 거친 무기 미립자 물질은 입자 중 적어도 약 10중량%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%, 또는 적어도 약 90중량%, 또는 적어도 약 95중량%, 또는 약 100중량%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지도록 되는 입자 크기 분포로 분쇄될 수 있고, 그 후 셀룰로스 펄프가 첨가되고 두 성분은 함께 분쇄되어 셀룰로스 펄프의 섬유를 미세섬유화한다.
또 다른 구현예에서, 거친 무기 미립자 물질은, Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정될 때, 입자 중 적어도 약 10용적%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 적어도 약 20용적%, 또는 적어도 약 30용적%, 또는 적어도 약 40용적%, 또는 적어도 약 50용적%, 또는 적어도 약 60용적%, 또는 적어도 약 70용적%, 또는 적어도 약 80용적%, 또는 적어도 약 90용적%, 또는 적어도 약 95용적%, 또는 약 100용적%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지도록 되는 입자 크기 분포로 분쇄되고, 그 후 셀룰로스 펄프가 첨가되고 두 성분은 함께 분쇄되어 셀룰로스 펄프의 섬유를 미세섬유화한다.
일 구현예에서, 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기 (d50)는 공동-연삭 공정 동안 감소된다. 예를 들어, 무기 미립자 물질의 d50은 (Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정될 때) 적어도 약 10% 감소될 수 있고, 예를 들어, 무기 미립자 물질의 d50은 적어도 약 20%, 또는 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90% 감소될 수 있다. 예를 들어, 공동-연삭 이전에 2.5㎛의 d50 및 공동-연삭 후 1.5㎛의 d50을 갖는 무기 미립자 물질은 입자 크기에서 40% 감소로 될 것이다. 구현예들에서, 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기는 공동-연삭 공정 동안 상당히 감소되지 않는다. '상당히 감소되지 않는다'는 무기 미립자 물질의 d50이 약 10% 미만으로 감소된다는 것, 예를 들어, 무기 미립자 물질의 d50이 약 5% 미만으로 감소된다는 것으로 의미된다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는, 레이저 광 산란에 의해 측정될 때 약 5㎛ 내지 약 500㎛의 범위인 d50을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 약 400㎛이거나 그 미만, 예를 들어 약 300㎛이거나 그 미만, 또는 약 200㎛이거나 그 미만, 또는 약 150㎛이거나 그 미만, 또는 약 125㎛이거나 그 미만, 또는 약 100㎛이거나 그 미만, 또는 약 90㎛이거나 그 미만, 또는 약 80㎛이거나 그 미만, 또는 약 70㎛이거나 그 미만, 또는 약 60㎛이거나 그 미만, 또는 약 50㎛이거나 그 미만, 또는 약 40㎛이거나 그 미만, 또는 약 30㎛이거나 그 미만, 또는 약 20㎛이거나 그 미만, 또는 약 10㎛이거나 그 미만의 d50을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 바람직하게는, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 약 100㎛이거나 그 미만, 더 바람직하게는 약 90㎛이거나 그 미만, 또는 약 80㎛이거나 그 미만, 또는 약 70㎛이거나 그 미만, 또는 약 60㎛이거나 그 미만의 d50을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 약 0.1-500㎛의 범위인 양식의 섬유 입자 크기 및 0.25-20㎛의 범위인 양식의 무기 미립자 물질 입자 크기를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 적어도 약 0.5㎛, 예를 들어 적어도 약 10㎛, 또는 적어도 약 50㎛, 또는 적어도 약 100㎛, 또는 적어도 약 150㎛, 또는 적어도 약 200㎛, 또는 적어도 약 300㎛, 또는 적어도 약 400㎛의 양식의 섬유 입자 크기를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 Malvern (Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용한 레이저 광 산란) 또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻도록 무기 미립자 물질의 존재에서 미세섬유화될 수 있다. 섬유 경사도 (즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 하기 식에 의해 결정된다:
경사도 = 100 x (d30/d70).
미세섬유화 셀룰로스는 약 100이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
연삭은 연삭 용기, 예컨대 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기에서 적합하게 수행된다.
일 구현예에서, 연삭 용기는 타워 밀이다. 타워 밀은 하나 이상의 연삭 구역 위에 휴지기 구역을 포함할 수 있다. 휴지기 구역은 그 안에서 연삭이 최소이거나 전혀 발생하지 않는 타워 밀의 내측의 최상부를 향해 위치한 영역이고, 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함한다. 휴지기 구역은 연삭 매체의 입자가 타워 밀의 하나 이상의 연삭 구역으로 침강되는 영역이다.
타워 밀은 하나 이상의 연삭 구역 위에 분류기를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 분류기는 상부 실장되고 휴지기 구역에 인접하여 위치된다. 분류기는 하이드로사이클론일 수 있다.
타워 밀은 하나 이상의 분쇄 구역 위에 스크린을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 스크린은 휴지기 구역 및/또는 분류기에 인접하여 위치된다. 스크린은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 생성물 수성 현탁액으로부터 연삭 매체를 분리하고 연삭 매체 침강을 증진시키는 크기로 될 수 있다.
일 구현예에서, 연삭은 플러그 유동 조건 하에서 수행된다. 플러그 유동 조건 하에서, 타워를 통한 유동은 타워를 통한 연삭 물질의 혼합이 제한되도록 된다. 이것은 타워 밀의 길이를 따라 상이한 지점에서 수성 환경의 점도가 미세섬유화 셀룰로스의 섬도가 증가함에 따라 다양할 것임을 의미한다. 따라서, 사실상, 타워 밀에서 연삭 영역은 특징적인 점도를 가지는 하나 이상의 연삭 구역을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 당해 분야에서 숙련된 사람은 점도에 관하여 인접한 연삭 구역 사이에 예리한 경계가 없다는 것을 이해할 것이다
일 구현예에서, 휴지기 구역에 가까운 밀의 최상부 또는 하나 이상의 연삭 구역 위의 분류기 또는 스크린에서 물이 첨가되어 밀 내의 이들 구역에서 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 점도를 감소시킨다. 밀 내의 이 지점에서 생성물 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 희석시킴에 의해 휴지기 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린 위로 연삭 매체 이동의 방지가 개선된다는 것이 밝혀졌다. 또한, 타워를 통한 제한된 혼합은 더 높은 고형물에서의 처리를 타워 아래로 낮추고 하나 이상의 연삭 구역에서 타워 아래로 되돌린 희석수의 제한된 역류로 최상부에서 희석되도록 허용한다. 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 생성물 수성 현탁액의 점도를 희석하기에 효과적인 물의 임의의 적합한 양이 첨가될 수 있다. 물은 연삭 공정 동안 계속해서, 또는 규칙적 간격, 또는 불규칙한 간격으로 첨가될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 물은 타워 밀의 길이 방향을 따라 배치된 하나 이상의 물 주입 지점, 또는 하나 이상의 연삭 구역에 상응하는 위치에 위치한 각각의 물 주입 지점을 통해 하나 이상의 연삭 구역에 첨가될 수 있다. 유익하게는, 타워를 따라 다양한 지점에서 물을 첨가하는 능력은 밀을 따라 임의의 또는 모든 위치에서 연삭 조건을 추가의 조정을 가능하게 한다.
타워 밀은 그것의 길이 전반에 걸쳐 일련의 임펠러 회전자 디스크가 구비된 수직 임펠러 샤프트를 포함할 수 있다. 임펠러 회전자 디스크의 작용은 밀 전반에 걸쳐 일련의 별개의 연삭 구역을 생성한다.
또 다른 구현예에서, 연삭은 스크린된 연삭기, 예를 들어 교반된 매체 데트리터에서 수행된다. 스크린된 연삭기는 적어도 약 250㎛의 명목 소구멍 크기를 갖는 하나 이상의 스크린(들)을 포함할 수 있고, 예를 들어, 하나 이상의 스크린은 적어도 약 300㎛, 또는 적어도 약 350㎛, 또는 적어도 약 400㎛, 또는 적어도 약 450㎛, 또는 적어도 약 500㎛, 또는 적어도 약 550㎛, 또는 적어도 약 600㎛, 또는 적어도 약 650㎛, 또는 적어도 약 700㎛, 또는 적어도 약 750㎛, 또는 적어도 약 800㎛, 또는 적어도 약 850㎛, 또는 적어도 약 900㎛, 또는 적어도 약 1000㎛의 명목 소구멍 크기를 가질 수 있다.
바로 위에 나타난 스크린 크기는 상기에 기재된 타워 밀 구현예에 적용가능하다.
전술한 바와 같이, 연삭은 연삭 매체의 존재에서 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 연삭 매체는 약 0.5mm 내지 약 6mm의 범위, 예를 들어 약 2mm, 또는 약 3mm, 또는 약 4mm, 또는 약 5mm인 평균 직경을 갖는 입자를 포함하는 조대 매체이다.
또 다른 구현예에서, 연삭 매체는 적어도 약 2.5, 예를 들어, 적어도 약 3, 또는 적어도 약 3.5, 또는 적어도 약 4.0, 또는 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 5.0, 또는 적어도 약 5.5, 또는 적어도 약 6.0의 비중을 갖는다.
또 다른 구현예에서, 연삭 매체는 약 1mm 내지 약 6mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함하고 적어도 약 2.5의 비중을 갖는다.
또 다른 구현예에서, 연삭 매체는 약 3mm의 평균 직경 및 약 2.7의 비중을 갖는 입자를 포함한다.
상기에 기재된 바와 같이, 연삭 매체 (또는 매체들)는 충전의 약 70용적%까지의 양으로 존재할 수 있다. 연삭 매체는 충전의 적어도 약 10용적%, 예를 들어, 충전의 적어도 약 20용적%, 또는 충전의 적어도 약 30용적%, 또는 충전의 적어도 약 40용적%, 또는 충전의 적어도 약 50용적%, 또는 충전의 적어도 약 60용적%의 양으로 존재할 수 있다.
일 구현예에서, 연삭 매체는 충전의 약 50용적%의 양으로 존재한다.
'충전'은 그라인더 용기에 공급된 공급물인 조성물을 의미한다. 충전은 물, 연삭 매체, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 및 무기 미립자 물질, 및 본 명세서에서 기재된 바와 같은 임의의 다른 선택적인 첨가제를 포함한다.
상대적으로 조대 및/또는 치밀한 매체의 사용은 개선된 (즉, 더 빠른) 침전 비율 및 휴지기 구역 및/또는 분류기 및/또는 스크린(들)을 통해 그 위로 감소된 매체 이행의 장점을 갖는다.
상대적으로 조대 연삭 매체를 사용하는데 있어서의 추가의 장점은 연삭 시스템에 부여된 에너지가 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 데에 주로 소비되도록 무기 미립자 물질의 평균 입자 크기 (d50)가 연삭 공정 동안 상당히 감소되지 않을 수 있다는 것이다.
상대적으로 조대 스크린을 사용하는데 있어서의 추가의 장점은 상대적으로 조대 또는 치밀한 연삭 매체가 미세섬유화하는 단계에서 사용될 수 있다는 것이다. 또한, 상대적으로 조대 스크린 (즉, 적어도 약 250㎛의 명목 소구멍을 가지는 것)의 사용은 상대적으로 높은 고체 생성물이 그라인더로부터 가공되고 제거되도록 하여, 상대적으로 높은 고체 공급물 (셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 및 무기 미립자 물질을 포함함)이 경제적으로 실행가능한 공정에서 가공되도록 한다. 높은 초기 고형물 함량을 갖는 공급물은 에너지 충분도에 관하여 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 또한, 더 낮은 고체에서 (주어진 에너지에서) 생성된 생성물은 더 거친 입자 크기 분포를 갖는 것으로 밝혀졌다.
일 구현예에 따르면, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 및 무기 미립자 물질은 적어도 약 4wt.%의 초기 고형물 함량으로 수성 환경에 존재하고, 그 중 적어도 약 2중량%는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재이다. 초기 고형물 함량은 적어도 약 10wt.%, 또는 적어도 약 20wt.%, 또는 적어도 약 30wt.%, 또는 적어도 약 적어도 40wt.%일 수 있다. 초기 고형물 함량 중 적어도 약 5중량%는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재일 수 있고, 예를 들어, 초기 고형물 함량 중 적어도 약 10, 또는 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20중량%는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 연삭은 연삭 용기의 캐스케이드에서 수행되고, 그 중 하나 이상은 하나 이상의 연삭 구역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 및 무기 미립자 물질은 직렬식으로 2종 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 예를 들어, 3 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 4 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 5 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 6 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 7 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 8 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 9 이상의 연삭 용기의 캐스케이드, 또는 최대 10개 연삭 용기를 포함하는 캐스케이드에서 분쇄될 수 있다. 연삭 용기의 캐스케이드는 직렬 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 작동가능하게 연결될 수 있다. 캐스케이드 내 연삭 용기 중 하나 이상으로부터의 출력물 및/또는 입력물은 하나 이상의 스크리닝 단계 및/또는 하나 이상의 분류 단계를 거칠 수 있다.
본 순환은 하나 이상의 연삭 용기 및 균질기의 조합을 포함할 수 있다.
미세섬유 형성 공정에서 소비된 총 에너지는 캐스케이드 내의 각각의 연삭 용기에 걸쳐 동등하게 분배될 수 있다. 대안적으로, 에너지 투입은 캐스케이드 내의 연삭 용기의 일부 또는 전부 사이에서 변할 수 있다.
당해 분야의 숙련가는 용기당 소비된 에너지가 각각의 용기에서 미세섬유화되어 지는 섬유질 기재의 양, 및 선택적으로 각각의 용기에서의 분쇄 속도, 각각의 용기에서의 분쇄의 지속기간, 각각의 용기에서의 연삭 매체의 유형 및 무기 미립자 물질의 유형과 양에 의존하여 캐스케이드 내의 용기 사이에서 변할 수 있다고 이해할 것이다. 연삭 조건은 미세섬유화 셀룰로스와 무기 미립자 물질 둘 모두의 입자 크기 분포를 조절하기 위해 캐스케이드 내의 각각의 용기에서 변할 수 있다. 예를 들어, 연삭 매체 크기는 무기 미립자 물질의 연삭을 감소시키고 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 연삭을 표적으로 하기 위해 캐스케이드 내의 연속적인 용기 사이에서 변할 수 있다.
일 구현예에서 연삭은 폐쇄된 순환으로 수행된다. 또 다른 구현예에서, 연삭은 개방된 순환으로 수행된다. 연삭은 회분식으로 수행될 수 있다. 연삭은 재순환하는 회분식으로 수행된다.
연삭 순환은 거친 무기 미립자가 예정된 입자 크기 분포로 그라인더 용기에서 분쇄되는 사전- 연삭 단계를 포함할 수 있고, 그 후 셀룰로스를 포함하는 섬유질 물질을 사전-분쇄된 무기 미립자 물질과 조합시키고 원하는 수준의 미세섬유 형성이 수득될 때까지 동일 또는 상이한 연삭 용기에서 연삭이 계속된다.
분쇄되어 지는 물질의 현탁액이 상대적으로 높은 점도의 것일 수 있으므로, 연삭하기 전에 적합한 분산제가 현탁액에 첨가될 수 있다. 분산제는, 예를 들어, 수용성 응축된 포스페이트, 폴리규산 또는 이의 염, 또는 고분자전해질, 예를 들어 80,000보다 크기 않은 수 평균 분자량을 갖는 폴리(아크릴산) 또는 폴리(메타크릴산)의 수용성 염일 수 있다. 사용된 분산제의 양은 일반적으로 건조 무기 미립자 고형 물질의 중량을 기준으로 0.1 내지 2.0중량%의 범위로 된다. 현탁액은 4℃ 내지 100℃의 범위인 온도에서 적합하게 분쇄될 수 있다.
미세섬유 형성 단계 동안 포함될 수 있는 다른 첨가제는 하기를 포함한다: 카복시메틸 셀룰로스, 양쪽성 카복시메틸 셀룰로스, 및 산화 제제.
분쇄되어 지는 물질의 현탁액의 pH는 약 7 또는 약 7 초과 (즉, 염기성)일 수 있고, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 8, 또는 약 9, 또는 약 10, 또는 약 11일 수 있다. 분쇄되어 지는 물질의 현탁액의 pH는 약 7 미만 (즉, 산성)일 수 있고, 예를 들어, 현탁액의 pH는 약 6, 또는 약 5, 또는 약 4, 또는 약 3일 수 있다. 분쇄되어 지는 물질의 현탁액의 pH는 적절한 양의 산 또는 염기의 첨가에 의해 조정될 수 있다. 적합한 염기는 알칼리 금속 수산화물, 예컨대, 예를 들어 NaOH를 포함했다. 다른 적합한 염기는 탄산나트륨 및 암모니아이다. 적합한 산은 무기 산, 예컨대 염산 및 황산, 또는 유기 산을 포함했다. 예시적인 산은 오르토인산이다.
공동-분쇄되어 지는 혼합물 내의 무기 미립자 물질과 셀룰로스 펄프의 양은 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 약 0:100 내지 약 30:70의 비에서 변할 수 있거나, 또는 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 50:50일 수 있다.
원하는 수성 현탁액 조성물을 얻기 위한 전형적인 연삭 공정에서 총 에너지 투입은 전형적으로 무기 미립자 충전제의 총 건조 중량을 기준으로 약 100 내지 1500kWht-1 사이일 수 있다. 총 에너지 투입은 약 1000kWht-1 미만, 예를 들어, 약 800kWht-1 미만, 약 600kWht-1 미만, 약 500kWht-1 미만, 약 400kWht-1 미만, 약 300kWht-1 미만, 또는 약 200kWht-1 미만일 수 있다. 이와 같이, 셀룰로스 펄프가 무기 미립자 물질의 존재에서 공동-분쇄될 때 상대적으로 낮은 에너지 투입에서 미세섬유화될 수 있다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다. 분명하게 되는 바와 같이, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재 내 건조 섬유의 톤당 총 에너지 투입은 약 10,000kWht-1 미만, 예를 들어, 약 9000kWht-1 미만, 또는 약 8000kWht-1 미만, 또는 약 7000kWht-1 미만, 또는 약 6000kWht-1 미만, 또는 약 5000kWht-1 미만, 예를 들어 약 4000kWht-1 미만, 약 3000kWht-1 미만, 약 2000kWht-1 미만, 약 1500kWht-1 미만, 약 1200kWht-1 미만, 약 1000kWht-1 미만, 또는 약 800kWht-1 미만이 될 것이다. 총 에너지 투입은 미세섬유화되어 지는 섬유질 기재 내 건조 섬유의 양과, 선택적으로 연마의 속도 및 연마의 지속기간에 의존하여 변한다.
존재하는 경우 무기 미립자 물질과, 공동-분쇄되어 지는 혼합물 내 셀룰로스 펄프의 양은 최상부 플라이 슬러리 또는 플라이 슬러리로서 사용하기에 적합한 슬러리를 제조하기 위해 변화될 수 있거나, 또는 예를 들어 추가 무기 미립자 물질의 추가로 더욱 변형되어, 최상부 플라이 슬러리 또는 플라이 슬러리로서 사용하기에 적합한 슬러리를 생성도록 변화될 수 있다.
균질화
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 미세섬유 형성은 셀룰로스 펄프 및 무기 미립자 물질의 혼합물이 (예를 들어, 약 500bar의 압력으로) 가압되고 그 다음 더 낮은 압력의 구역으로 통과되는 방법에 의해 무기 미립자 물질의 존재에서 습성 조건하에서 영향을 받을 수 있다. 혼합물이 저압 구역으로 통과되는 비율은 셀룰로스 섬유의 미세섬유 형성을 야기하기에 충분히 높고 저압 구역의 압력은 충분히 낮다. 예를 들어, 압력 강하는 보다 큰 출구 오리피스와 함께 좁은 입구 오리피스를 갖는 환상의 개구를 통해 혼합물을 가압함에 의해 영향을 받을 수 있다. 혼합물이 더 큰 용적 (즉, 더 낮은 압력 구역)으로 가속함에 따라 급격한 압력 감소는 미세섬유 형성을 야기하는 캐비테이션을 유도한다. 일 구현예에서, 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 미세섬유 형성은 무기 미립자 물질의 존재에서 습성 조건하에서 균질기에서 영향을 받을 수 있다. 균질기에서, 셀룰로스 펄프-무기 미립자 물질 혼합물은 (예를 들어, 약 500bar의 압력으로) 가압되고, 및 작은 노즐 또는 오리피스를 통해 가압된다. 혼합물은 약 100 내지 약 1000bar의 압력, 예를 들어 300bar이거나 이상, 또는 500bar이거나 이상, 또는 200bar이거나 이상, 또는 700bar이거나 이상의 압력으로 가압될 수 있다. 균질화는 가압된 셀룰로스 펄프가 노즐 또는 오리피스를 빠져나옴에 따라, 캐비테이션이 펄프 내의 셀룰로스 섬유의 미세섬유 형성을 야기하도록 섬유에 높은 전단력을 가한다.
균질기를 통한 현탁액의 유동능을 개선하기 위해 추가의 물이 첨가될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수득한 수성 현탁액은 균질기를 통한 복수의 통과를 위해 균질기의 유입구 안으로 다시 공급될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 무기 미립자 물질은 천연상의 판상 미네랄, 예컨대 카올린이다. 이와 같이, 균질화는 셀룰로스 펄프의 미세섬유 형성을 용이하게 할 뿐만 아니라 판상 미립자 물질의 적층분리를 용이하게 한다. 예시적인 균질기는 Manton Gaulin (APV) 균질기이다. 선택적으로 무기 미립자 물질을 포함하는, 미세섬유화 셀룰로스 조성물의 제조에 적합한 실험실 척도 균질기는 이탈리아 43123 파르마 비아 A. M. 다 엘바 에도아리 29-1 소재의 GEA Mechanical Equipment, GEA Niro Soavi로부터 이용가능한 GEA ANiro Soavi Technical Datasheet Ariete NS3030이다. 다른 상업적 규모 균질기는 영국 WA3 6JF 체셔주 워링톤 버치우드 리크로프트 로드 소재의 GEA Niro Soavi, GEA United Kingdom으로부터 이용가능하다. 이들은 Ariete 시리즈 - 2006, 3006, 3011, 3015, 3037, 3045, 3055, 3075, 3090, 3110*, 5132, 5180, 5250, 5355에 더하여 3030 모델을 포함한다. 균질기는 또한 미세유동화기, 700 시리즈 및 모델- M-7125, M-7250으로 지칭된 것으로, 미국 02090 매사추세츠주 웨스트우드 90 글라시어 드라이브 스위트 1000 소재의 Microfluidics로부터 이용가능하다.
판상 미립자 물질, 예컨대 카올린은 적어도 약 10, 예를 들어, 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20, 또는 적어도 약 30, 또는 적어도 약 40, 또는 적어도 약 50, 또는 적어도 약 60, 또는 적어도 약 70, 또는 적어도 약 80, 또는 적어도 약 90, 또는 적어도 약 100의 형상 계수를 갖는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 형상 계수는 본 명세서에 참고로 편입되는 미국 특허 번호 5,576,617에 기재된 전기전도도 방법, 장치, 및 방정식을 사용하여 측정된, 다양한 크기 및 형상의 입자의 모집단에 대한 입자 직경 대 입자 두께의 비의 척도이다.
판상 무기 미립자 물질, 예컨대 카올린의 현탁액은 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 부재에서 예정된 입자 크기 분포로 균질기에서 처리될 수 있고, 그 후 셀룰로스를 포함하는 섬유질 물질이 무기 미립자 물질의 수성 슬러리에 첨가되고 그리고 조합된 현탁액이 상기에 기재된 바와 같이 균질기에서 가공된다. 균질기를 통한 한번 이상의 통과를 포함하여, 균질화 공정은 원하는 수준의 미세섬유 형성이 수득될 때까지 계속된다. 유사하게, 판상 무기 미립자 물질은 예정된 입자 크기 분포로 그라인더에서 처리될 수 있고 그 다음 셀룰로스를 포함하는 섬유질 물질과 조합되고 이어서 균질기에서 가공된다. 예시적인 균질기는 Manton Gaulin (APV) 균질기이다.
미세섬유 형성 단계가 수행된 후, 특정 크기 이상의 섬유를 제거하고 임의의 연삭 매체를 제거하기 위해 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액이 선별될 수 있다. 예를 들어, 현탁액은 체를 통과하지 않는 섬유를 제거하기 위해 선택된 명목 소구멍 크기를 갖는 체를 사용하여 스크리닝을 거칠 수 있다. 명목 소구멍 크기는 정사각형 소구멍의 반대 측의 명목 중심 분리 또는 원형 소구멍의 명목 직경을 의미한다. 체는 150㎛의 명목 소구멍 크기, 예를 들어, 명목 소구멍 크기 125㎛, 또는 100㎛, 또는 90㎛, 또는 74㎛, 또는 63㎛, 또는 53㎛, 45㎛, 또는 38㎛를 갖는 (BS 1796에 따른) BSS 체일 수 있다. 일 구현예에서, 수성 현탁액은 75㎛의 명목 소구멍을 갖는 BSS 체를 사용하여 선별된다. 수성 현탁액은 그런 다음 선택적으로 탈수될 수 있다.
따라서 연삭 또는 균질화 후 수성 현탁액 내 미세섬유화 셀룰로스의 양 (즉, 중량%)은 연삭 또는 균질화된 현탁액이 선택된 크기 이상의 섬유를 제거하도록 처리되면 펄프 내의 건조 섬유의 양보다 적을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 그라인더 또는 균질기에 공급된 펄프 및 무기 미립자 물질의 상대적인 양은 선택된 크기 이상의 섬유가 제거된 후 수성 현탁액에서 요구된 미세섬유화 셀룰로스의 양에 의존하여 조정될 수 있다.
ㆍ연마가능한 무기 미립자 물질의 부재에서 미세섬유 형성
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스는 (본 명세서에서 기재된 바와 같이) 연삭 매체의 존재에서 연삭함에 의해 수성 환경에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있고, 여기서 상기 연삭은 무기 미립자 물질의 부재에서 수행된다. 특정 구현예에서, 연삭 매체는 연삭 후 제거된다. 다른 구현예에서, 연삭 매체는 연삭 후 유지되고, 그리고 무기 미립자 물질, 또는 적어도 이들의 일부분으로 작용할 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액을 제조하는 방법은 연삭 완료 후 제거되어 지는 (본 명세서에서 기재된 바와 같은) 크기가 0.5mm 이상의 연삭 매체의 존재에서 연삭함에 의해 수성 환경에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 연삭은 타워 밀 또는 스크린된 연삭기에서 수행되고 그리고 여기서 상기 연삭은 연마가능한 무기 미립자 물질의 부재에서 수행된다.
연마가능한 무기 미립자 물질은 연삭 매체의 존재에서 연마되어 지는 물질이다. 연삭은 종래의 방식으로 적합하게 수행된다. 연삭은 미립자 연삭 매체의 존재에서 마멸 연삭 공정일 수 있거나, 또는 자생 연삭 공정, 즉, 연삭 매체의 부재의 것일 수 있다. 연삭 매체는 연마가능한 무기 미립자 이외의 매체를 의미한다.
이전에 언급된 바와 같이, 미립자 연삭 매체는 천연 또는 합성 물질일 수 있다. 연삭 매체는, 예를 들어, 임의의 경질 미네랄, 세라믹 또는 금속 재료의 볼, 비드 또는 펠렛을 포함할 수 있다. 그와 같은 물질은, 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트 또는 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 범위인 온도에서 카올리나이트 점토를 하소시켜 생산된 멀라이트-풍부 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 Carbolite® 연삭 매체가 바람직하다. 대안적으로, 적합한 입자 크기의 천연 모래의 입자가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 경재 연삭 매체 (예를 들어 목분)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 개시된 방법에서 사용하기 위해 선택되어 지는 연삭 매체의 유형 및 입자 크기는, 예를 들어, 분쇄되어 지는 물질의 공급 현탁액의 입자 크기 및 화학적 조성과 같은 특성에 의존적일 수 있다. 일부 구현예에서, 미립자 연삭 매체는 약 0.5mm 내지 약 6mm, 예를 들어 약 0.2mm 내지 약 4mm의 범위인 평균 직경을 갖는 입자를 포함한다. 일 구현예에서, 입자는 적어도 약 3mm의 평균 직경을 갖는다.
연삭 매체는 적어도 약 2.5의 비중을 갖는 입자를 포함할 수 있다. 연삭 매체는 적어도 약 3, 또는 적어도 약 4, 또는 적어도 약 5, 또는 적어도 약 6의 비중을 갖는 입자를 포함할 수 있다.
연삭 매체 (또는 매체들)는 충전의 약 70용적%까지의 양으로 존재할 수 있다. 연삭 매체는 충전의 적어도 약 10용적%, 예를 들어, 충전의 적어도 약 20용적%, 또는 충전의 적어도 약 30용적%, 또는 충전의 적어도 약 40용적%, 또는 충전의 적어도 약 50용적%, 또는 충전의 적어도 약 60용적%의 양으로 존재할 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 레이저 광 산란에 의해 측정될 때 약 5㎛ 내지 약 500㎛의 범위, 약 200㎛이거나 그 미만, 또는 약 150㎛이거나 그 미만, 또는 약 125㎛이거나 그 미만, 또는 바람직하게는, 약 100㎛이거나 그 미만, 또는 약 90㎛이거나 그 미만, 또는 약 80㎛이거나 그 미만, 또는 약 70㎛이거나 그 미만, 또는 약 60㎛이거나 그 미만, 또는 약 50㎛이거나 그 미만, 또는 약 40㎛이거나 그 미만, 또는 약 30㎛이거나 그 미만인 d50을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 미세섬유화될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 약 0.1-500㎛의 범위인 양식의 섬유 입자 크기를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 미세섬유화될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 적어도 약 0.5㎛, 예를 들어 적어도 약 10㎛, 또는 적어도 약 50㎛, 또는 적어도 약 100㎛, 또는 적어도 약 150㎛, 또는 적어도 약 200㎛, 또는 적어도 약 300㎛, 또는 적어도 약 400㎛의 양식의 섬유 입자 크기를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻기 위해 미세섬유화될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 Malvern에 의해 측정될 때, 약 10이나 이상의 섬유 경사도를 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 얻도록 미세섬유화될 수 있다. 섬유 경사도 (즉, 섬유의 입자 크기 분포의 경사도)는 하기 식에 의해 결정된다:
경사도 = 100 x (d30/d70).
미세섬유화 셀룰로스는 약 100이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 75이거나 또는 그 미만, 또는 약 50이거나 또는 그 미만, 또는 약 40이거나 또는 그 미만, 또는 약 30이거나 또는 그 미만의 섬유 경사도를 가질 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는 약 20 내지 약 50, 또는 약 25 내지 약 40, 또는 약 25 내지 약 35, 또는 약 30 내지 약 40의 섬유 경사도를 가질 수 있다.
연삭은 연삭 용기, 예컨대 텀블링 밀 (예를 들어, 막대, 볼 및 자생), 교반된 밀 (예를 들어, SAM 또는 IsaMill), 타워 밀, 교반된 매체 데트리터 (SMD), 또는 분쇄될 공급물이 그 사이에 공급되는 회전하는 평행한 연삭 플레이트를 포함하는 연삭 용기에서 수행될 수 있다.
일 구현예에서, 연삭 용기는 이전에 기재된 바와 같이 타워 밀이고 이전에 설명된 조건하에서 된다.
또 다른 구현예에서, 연삭은 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 서브스턴스를 연삭하기 위해 본 명세서에서 이전에 특정된 방식 및 조건하에서, 스크린된 연삭기, 예를 들어 교반된 매체 데트리터에서 수행된다.
ㆍ 미세섬유화 셀룰로스를 제조하기 위해 사용된 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재
미세섬유화 셀룰로스는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재로부터 유래된다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 임의의 적합한 공급원, 예컨대 목재, 식물 (예를 들어, 사탕수수, 대나무) 또는 폐기물 (예를 들어, 직물 폐기물, 면, 삼 또는 아마)로부터 유래될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 임의의 적합한 화학적 또는 기계적 처리 또는 이들의 조합에 의해 제조될 수 있는 펄프 형태 (즉, 물에 셀룰로스 섬유의 현탁액)일 수 있다. 예를 들어, 펄프는 화학적 펄프, 또는 화학열기계적 펄프, 또는 기계적 펄프, 또는 재순환 펄프, 또는 제지공장 파쇄물, 또는 제지공장 폐기물 스트림, 또는 제지공장으로부터의 폐기물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 셀룰로스 펄프는 ㎤ 단위로 캐나다 표준 여수도 (CSF)로 당해 분야에 보고된 임의의 예정된 여수도로 (예를 들어, Valley 비터에서) 휘저어 지거나 및/또는 달리는 (예를 들어, 원뿔형 또는 플레이트 정제기에서 처리하여) 정제될 수 있다. CSF는 펄프의 현탁액이 배출될 수 있는 속도로 측정된 펄프의 여수도 또는 배수 속도에 대한 값을 의미한다. 예를 들어, 셀룰로스 펄프는 미세섬유화되기 이전에 약 10㎤ 이상의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 약 700㎤ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 650㎤ 또는 그 미만, 또는 약 600㎤ 또는 그 미만, 또는 약 550㎤ 또는 그 미만, 또는 약 500㎤ 또는 그 미만, 또는 약 450㎤ 또는 그 미만, 또는 약 400㎤ 또는 그 미만, 또는 약 350㎤ 또는 그 미만, 또는 약 300㎤ 또는 그 미만, 또는 약 250㎤ 또는 그 미만, 또는 약 200㎤ 또는 그 미만, 또는 약 150㎤ 또는 그 미만, 또는 약 100㎤ 또는 그 미만, 또는 약 50㎤ 또는 그 미만의 CSF를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 그런 다음 당해 분야에서 잘 알려진 방법에 의해 탈수될 수 있고, 예를 들어, 펄프는 적어도 약 10% 고체, 예를 들어 적어도 약 15% 고체, 또는 적어도 약 20% 고체, 또는 적어도 약 30% 고체, 또는 적어도 약 40% 고체를 포함하는 습성 시트를 얻기 위해 스크린을 통해 여과될 수 있다. 펄프는 정련되거나 탈수되거나 또는 달리는 정제됨이 없는 것으로 일컬어 지는 미정제된 상태로 이용될 수 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 건조 상태에서 연삭 용기 또는 균질기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 건조지의 파쇄물이 그라인더 용기에 직접적으로 첨가될 수 있다. 그라인더 용기 내의 수성 환경은 그런 다음 펄프의 형성을 용이하게 할 것이다.
미세섬유화하는 공정에서 사용될 수 있는 무기 미립자 물질
무기 미립자 물질은, 예를 들어, 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 점토, 무수 (하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전하게 하소된 카올린, 탈크, 마이카, 헌타이트, 하이드로마그네사이트, 가루 유리, 펄라이트 또는 규조토, 또는 규회석, 또는 이산화티타늄, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 라임, 흑연, 또는 이들의 조합일 수 있다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 무수 칸다이트 점토, 펄라이트, 규조토, 규회석, 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 이산화티타늄 또는 이들의 조합이거나 이들을 포함한다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 표면-처리된 무기 미립자 물질일 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 소수성화 제제, 예컨대 지방산 또는 이들의 염으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 스테아르산 처리된 탄산칼슘일 수 있다.
본 명세서에서 개시된 미세섬유 형성 방법에서 사용하기에 바람직한 무기 미립자 물질은 탄산칼슘이다. 이후에, 본 발명은 탄산칼슘에 관하여 그리고 탄산칼슘이 가공되고 및/또는 처리되는 측면과 관계하여 논의될 것이다. 본 발명은 이러한 구현예에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명에서 사용된 미립자 탄산칼슘은 연삭함에 의해 천연 공급원으로부터 수득될 수 있다. 연삭된 탄산칼슘 (GCC)는 전형적으로 미네랄 공급원 예컨대 백악, 대리석 또는 석회석을 분쇄하고 그 다음 연삭함에 의해 수득되고, 원하는 정도의 섬도를 갖는 생성물을 얻기 위해 입자 크기 분류 단계가 이어질 수 있다. 원하는 정도의 섬도 및/또는 색상을 갖는 생성물을 얻기 위해 다른 기술 예컨대 표백, 부유 및 자기 분리가 또한 사용될 수 있다. 미립자 고형 물질은 자생으로, 즉 고형 물질의 입자 자체 사이의 마멸에 의해, 또는, 대안적으로, 분쇄되어 지는 탄산칼슘과 상이한 물질의 입자를 포함하는 미립자 연삭 매체의 존재에서 분쇄될 수 있다. 이들 공정은 임의의 공정의 단계에서 첨가될 수 있는 분산제 및 살생물제의 존재로 또는 존재 없이 수행될 수 있다.
침전된 탄산칼슘 (PCC)이 본 발명에서 미립자 탄산칼슘의 공급원으로서 사용될 수 있고, 당해 분야에서 이용가능한 임의의 공지된 방법에 의해 생산될 수 있다. TAPPI 모노그래프 시리즈 No 30, "종이 코팅 안료"의 페이지 34-35는 종이 산업에서 사용하기 위한 생성물을 제조하는데 사용하기에 적합하지만, 또한 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 침전된 탄산칼슘을 제조하기 위한 3가지 주요한 상업적 공정을 기술한다. 모든 3가지 공정에서, 탄산칼슘 공급 물질, 예컨대 석회석은 먼저 하소되어 생석회를 생성하고, 그리고 상기 생석회는 그런 다음 풍화되어 수산화칼슘 또는 석회유를 얻는다. 첫 번째 공정에서 석회유는 이산화탄소 가스로 직접적으로 탄산염화된다. 이 공정은 부산물이 형성되지 않으며 탄산칼슘 생성물의 특성 및 순도를 제어하기가 상대적으로 쉽다는 장점을 가진다. 두 번째 공정에서는 석회유는 소다회와 접촉되어 탄산칼슘의 침전물과 수산화나트륨의 용액을 이중 분해에 의해 생산한다. 이 공정이 상업적으로 사용된다면 수산화나트륨은 탄산칼슘으로부터 실질적으로 완전히 분리될 수 있다. 세 번째 주요한 상업적 공정에서, 석회유를 염화암모늄과 먼저 접촉시켜 염화칼슘 용액 및 암모니아 가스를 생성시킨다. 염화칼슘 용액을 그런 다음 소다회와 접촉시켜 침전된 탄산칼슘과 염화나트륨 용액을 이중분해에 의해 생산한다. 결정은 사용되는 특정한 반응 공정에 따라 다양한 상이한 형상 및 크기로 생산될 수 있다. PCC 결정의 3가지 주요 형태는 아라고나이트, 능면체 및 편평면체이고, 이들의 혼합물을 포함하여 이들 모두는 본 발명에서 사용하기에 적합하다.
특정 구현예에서, PCC는 미세섬유화 셀룰로스를 생산하는 공정 동안 형성될 수 있다.
탄산칼슘의 습성 연삭은 선택적으로 적합한 분산제의 존재에서 그런 다음 분쇄될 수 있는 탄산칼슘의 수성 현탁액의 형성을 포함한다. 예를 들어, EP-A-614948 (이들의 내용은 그 전문이 참고로 편입됨)은 탄산칼슘의 습성 연삭에 관한 보다 많은 정보를 위해 참고로 될 수 있다.
일부 상황에서, 기타 미네랄의 소량 첨가가 포함될 수 있고, 예를 들어, 카올린, 하소된 카올린, 규회석, 보크사이트, 탈크 또는 마이카 중 하나 이상이 또한 존재할 수 있다.
무기 미립자 물질이 자연 발생 공급원으로부터 수득될 때, 일부 미네랄 불순물이 연삭 물질을 오염시킬 수 있다. 예를 들어, 자연 발생 탄산칼슘이 다른 미네랄과 회합하여 존재할 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 무기 미립자 물질은 어떤 양의 불순물을 포함한다. 그러나, 일반적으로 본 발명에서 사용된 무기 미립자 물질은 약 5중량% 미만, 바람직하게는 약 1중량% 미만의 다른 미네랄 불순물을 함유할 것이다.
본 명세서에 개시된 방법의 미세섬유화하는 단계 동안 사용된 무기 미립자 물질은 바람직하게는 입자의 적어도 약 10중량%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자의 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%, 또는 적어도 약 90중량%, 또는 적어도 약 95중량%, 또는 약 100%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 것이다.
달리 언급되지 않는 한, 무기 미립자 물질에 대하여 본 명세서에서 언급된 입자 크기 특성은, 본 명세서에서 일명 "Micromeritics Sedigraph 5100 unit"로 불리는, 미국 죠지아주 노크로스 소재의 Micromeritics Instruments Corporation (전화번호: +1 770 662 3620; 웹-사이트: www.micromeritics.com)에 의해 공급된 Sedigraph 5100 기계를 사용하여 수성 매질에서 완전하게 분산된 조건에서 미립자 물질의 침강에 의해 잘 공지된 방식으로 측정된 바와 같다. 그와 같은 기계는 주어진 e.s.d 값보다 작은, '등가 구형 직경' (e.s.d)으로 당해 분야에서 언급된 크기를 갖는 입자의 누적 중량 백분율의 측정 및 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기 d50은 d50 값 미만의 등가 구형 직경을 갖는 입자의 50중량%가 존재하는 입자 e.s.d의 이런 방식으로 결정된 값이다.
대안적으로, 언급된 경우, 무기 미립자 물질에 대하여 본 명세서에서 언급된 입자 크기 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여, 레이저 광 산란의 기술분야에서 이용된 잘 알려진 종래의 방법에 의해 (또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해) 측정된 바와 같다. 레이저 광 산란 기술에서, 분말, 현탁액 및 에멀젼에서 입자의 크기는 Mie 이론의 적용을 기반하여, 레이저 빔의 회절을 사용하여 측정될 수 있다. 그와 같은 기계는 주어진 e.s.d 값보다 작은, '등가 구형 직경' (e.s.d)으로 당해 분야에서 언급된 크기를 갖는 입자의 누적 용적 백분율의 측정 및 플롯을 제공한다. 평균 입자 크기 d50은 d50 값 미만의 등가 구형 직경을 갖는 입자의 50용적%가 존재하는 입자 e.s.d의 이런 방식으로 결정된 값이다.
또 다른 구현예에서, 본 명세서에 개시된 방법의 미세섬유화하는 단계 동안 사용된 무기 미립자 물질은 바람직하게는 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정될 때, 입자의 적어도 약 10용적%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자의 적어도 약 20용적%, 또는 적어도 약 30용적%, 또는 적어도 약 40용적%, 또는 적어도 약 50용적%, 또는 적어도 약 60용적%, 또는 적어도 약 70용적%, 또는 적어도 약 80용적%, 또는 적어도 약 90용적%, 또는 적어도 약 95용적%, 또는 약 100용적%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 것이다.
달리 언급되지 않는 한, 미세섬유화 셀룰로스 물질의 입자 크기 특성은 Malvern Instruments Ltd에 의해 공급된 바와 같은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여, 레이저 광 산란의 기술분야에서 이용된 잘 알려진 종래의 방법에 의해 (또는 본질적으로 동일한 결과를 제공하는 다른 방법에 의해) 측정된 바와 같다.
Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 무기 입자 물질 및 미세섬유화 셀룰로스의 혼합물의 입자 크기 분포를 특징화하기 위해 사용된 절차의 세부사항은 아래에 제공된다.
본 명세서에서 개시된 미세섬유화하는 방법에서 사용하기에 또 다른 바람직한 무기 미립자 물질은 카올린 점토이다. 이후에, 명세서의 이 부문은 카올린에 관하여 그리고 카올린이 가공되고 및/또는 처리되는 측면과 관계하여 논의될 것이다. 본 발명은 이러한 구현예에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 일부 구현예에서, 카올린은 미가공된 형태로 사용된다.
카올린 점토는 천연 공급원, 즉 가공하지 않은 천연 카올린 점토 미네랄로부터 유래된 가공된 물질일 수 있다. 가공된 카올린 점토는 전형적으로 적어도 약 50중량% 카올리나이트를 함유할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 상업적으로 가공된 카올린 점토는 약 75중량% 초과 카올리나이트를 함유하고 약 90% 초과, 일부 경우에 약 95중량% 초과의 카올리나이트를 함유할 수 있다.
카올린 점토는 당해 분야의 숙련가에게 잘 알려진 하나 이상의 다른 공정에 의해, 예를 들어 공지된 정제 또는 선광 단계에 의해 가공되지 않은 천연 카올린 점토 미네랄로부터 제조될 수 있다
예를 들어, 점토 미네랄은 환원 표백제, 예컨대 나트륨 하이드로설파이트로 표백될 수 있다. 나트륨 하이드로설파이트가 사용되는 경우, 표백된 점토 미네랄은 나트륨 하이드로설파이트 표백 단계 후 선택적으로 탈수될 수 있고, 그리고 선택적으로 세정되고 다시 선택적으로 탈수될 수 있다.
점토 미네랄은, 예를 들어 당해 분야에서 잘 알려진 응집, 부유, 또는 자기 분리 기술에 의해 불순물을 제거하도록 처리될 수 있다. 대안적으로 점토 미네랄은 고체의 형태로 또는 수성 현탁액으로 미처리될 수 있다
미립자 카올린 점토를 제조하는 공정은 또한 하나 이상의 분쇄 단계, 예를 들어, 연삭 또는 밀링을 포함할 수 있다. 조대 카올린의 가벼운 분쇄가 사용되어 이들의 적합한 적층분리를 제공한다. 분쇄는 플라스틱 (예를 들어, 나일론), 모래 또는 세라믹 연삭 또는 밀링 보조제의 비드 또는 과립의 사용에 의해 수행될 수 있다. 조대 카올린은 불순물을 제거하고 잘 알려진 절차를 사용하여 물리적 특성을 개선하기 위해 정제될 수 있다. 카올린 점토는 원하는 d50 값 또는 입자 크기 분포를 갖는 입자를 얻기 위해 공지된 입자 크기 분류 절차, 예를 들어, 스크리닝 및 원심분리 (또는 둘 모두)에 의해 처리될 수 있다.
ㆍ수성 현탁액
본 명세서에서 기재된 방법에 따라 생산된 수성 현탁액은 다양한 조성물 및 섬유와 이들 섬유 및 이러한 섬유로부터의 부직 물질을 제조하는 방법에 사용하기에 적합하다.
수성 현탁액은, 예를 들어, 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적인 첨가제를 포함하거나, 이들로 구성되거나 또는 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 수성 현탁액은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질과 다른 선택적인 첨가제를 포함하거나, 이들로 구성되거나 또는 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 다른 선택적인 첨가제는 분산제, 살생물제, 현탁 보조제, 염(들) 및 다른 첨가제, 예를 들어, 전분 또는 카복시 메틸 셀룰로스 또는 폴리머를 포함하여, 연삭 동안 또는 후에 미네랄 입자와 섬유의 상호작용을 용이하게 할 수 있다.
무기 미립자 물질은 입자의 적어도 약 10중량%, 예를 들어 적어도 약 20중량%, 예를 들어 적어도 약 30중량%, 예를 들어 적어도 약 40중량%, 예를 들어 적어도 약 50중량%, 예를 들어 적어도 약 60중량%, 예를 들어 적어도 약 70중량%, 예를 들어 적어도 약 80중량%, 예를 들어 적어도 약 90중량%, 예를 들어 적어도 약 95중량%, 또는 예를 들어 약 100%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지도록 되는 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
또 다른 구현예에서, 무기 미립자 물질은 Malvern Mastersizer S 기계에 의해 측정될 때, 입자의 적어도 약 10용적%, 예를 들어 적어도 약 20용적%, 예를 들어 적어도 약 30용적%, 예를 들어 적어도 약 40용적%, 예를 들어 적어도 약 50용적%, 예를 들어 적어도 약 60용적%, 예를 들어 적어도 약 70용적%, 예를 들어 적어도 약 80용적%, 예를 들어 적어도 약 90용적%, 예를 들어 적어도 약 95용적%, 또는 예를 들어 약 100용적%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지도록 되는 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
공동-분쇄되어 지는 혼합물에서 무기 미립자 물질 및 셀룰로스 펄프의 양은 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 약 0:100 내지 약 30:70의 비에서 변할 수 있거나, 또는 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 50:50의 비일 수 있다.
일 구현예에서, 조성물은 150㎛의 명목 소구멍 크기, 예를 들어, 125㎛, 106㎛, 또는 90㎛, 또는 74㎛, 또는 63㎛, 또는 53㎛, 45㎛, 또는 38㎛의 명목 소구멍 크기를 갖는 (BS 1796에 따른) BSS 체를 통해 통과할 만큼 큰 섬유를 포함하지 않는다. 일 구현예에서, 수성 현탁액은 75㎛의 명목 소구멍을 갖는 BSS 체를 사용하여 선별된다.
따라서 연삭 또는 균질화 후 수성 현탁액 내 미세섬유화 셀룰로스의 양 (즉,중량%)은 연삭 또는 균질화된 현탁액이 선택된 크기 이상의 섬유를 제거하도록 처리되면 펄프 내의 건조 섬유의 양보다 적을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 그라인더 또는 균질기에 공급된 펄프 및 무기 미립자 물질의 상대적인 양은 선택된 크기 이상의 섬유가 제거된 후 수성 현탁액에서 요구된 미세섬유화 셀룰로스의 양에 의존하여 조정될 수 있다.
일 구현예에서, 무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염, 예를 들어, 탄산칼슘이다. 무기 미립자 물질은 분쇄된 탄산칼슘 (GCC) 또는 침전된 탄산칼슘 (PCC), 또는 GCC와 PCC의 혼합물일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 무기 미립자 물질은 천연적으로 판상 미네랄, 예를 들어, 카올린이다. 무기 미립자 물질은 카올린 및 탄산칼슘의 혼합물, 예를 들어, 카올린 및 GCC의 혼합물, 또는 카올린 및 PCC의 혼합물, 또는 카올린, GCC 및 PCC의 혼합물일 수 있다.
ㆍ건조 및 반-건조 조성물
또 다른 구현예에서, 수성 현탁액은 적어도 일부분 또는 실질적으로 모든 물을 제거하도록 처리되어 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물을 형성한다. 예를 들어, 수성 현탁액에서 적어도 약 10용적%의 물이 수성 현탁액으로부터 제거될 수 있고, 예를 들어, 수성 현탁액에서 적어도 약 20용적%, 또는 적어도 약 30용적%, 또는 적어도 약 40용적%, 또는 적어도 약 50용적%, 또는 적어도 약 60용적%, 또는 적어도 약 70용적% 또는 적어도 약 80용적% 또는 적어도 약 90용적%, 또는 적어도 약 100용적%의 물이 제거될 수 있다. 예를 들어, 프레싱을 하거나 함이 없이 중력 또는 진공-보조 배출에 의해, 또는 증발에 의해, 또는 여과에 의해, 또는 이들 기술의 조합에 의하는 것을 포함하여, 수성 현탁액으로부터 물을 제거하기 위해 임의의 적합한 기술이 사용될 수 있다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질과 건조 전에 수성 현탁액에 첨가되어 질 수 있었던 임의의 다른 선택적인 첨가제를 포함할 것이다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 판매를 위해 저장되거나 또는 포장될 수 있다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 본 명세서에서 개시된 임의의 조성물 또는 생성물에 사용될 수 있다. 부분적으로 건조된 또는 본질적으로 완전히 건조된 생성물은 선택적으로 재-수화될 수 있고 본 명세서에서 개시된 임의의 조성물 또는 생성물에 편입될 수 있다.
특정 구현예에서, 공동-가공된 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질 조성물은 본 명세서에서 기재된 공정에 의해 또는 당해 분야에서 공지된 임의의 다른 건조 공정 (예를 들어, 냉동-건조)에 의해 생산된 바와 같은, 건조 또는 적어도 부분적으로 건조, 재-분산성 조성물의 형태일 수 있다. 건조된 공동-가공된 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질 조성물은 수성 또는 비-수성 매질 (예를 들어, 폴리머)에 쉽게 분산될 수 있다.
건조 및 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스 조성물은, 예를 들어, 기계적 탈수에 의해, 선택적으로 이어서 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 (결코 전에 건조되지 않은) 수성 조성물을, 선택적으로 본 명세서에서 기재된 바와 같은 무기 미립자 및/또는 다른 첨가제의 존재에서 건조함에 의해 제조될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 재-분산 시 미세섬유화 셀룰로스의 하나 이상의 특성을 고양 또는 개선할 수 있다. 즉, 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스에 비교하여, 재-분산된 미세섬유화의 하나 이상의 특성은 그것보다 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것 또는 특성에 더 가깝고/이들은 그러나 탈수와 건조의 조합에 대한 것일 것이다. 무기 미립자 물질의 함입, 또는 무기 미립자 물질, 및/또는 본 명세서에서 기재된 바와 같은 다른 첨가제의 조합의 초기 건조에 따른 미세섬유화 셀룰로스의 재-분산성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 특정 구현예에서, 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조 미세섬유화 셀룰로스를 형성하는 방법 또는 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스의 분산성을 개선하는 방법은 다음을 포함하는 방법에 의해 수성 조성물을 건조하거나 또는 적어도 부분적으로 건조하는 단계를 포함한다:
(i) 다음 중 하나 이상에 의해 수성 조성물을 탈수하는 단계;
(a) 벨트 프레스, 예를 들어, 고압 자동화 벨트프레스에 의한 탈수, (b) 원심분리기에 의한 탈수, (c) 튜브 프레스에 의한 탈수, (d) 스크류 프레스에 의한 탈수, 및 (e) 회전식 프레스에 의한 탈수; 이어서 건조하는 단계, 또는
(ii) 수성 조성물을 탈수하는 단계, 이어서 다음 중 하나 이상에 의해 건조하는 단계;
(f) 유동층 건조기에서 건조, (g) 마이크로웨이브 및/또는 무선 주파수 건조기에 의한 건조, (h) 핫 에어 스웹트 밀 또는 건조기, 예를 들어, 셀 밀 또는 Atritor® 밀에서의 건조, 및 (i) 냉동 건조에 의한 건조; 또는
(iii) (i)에 따른 탈수 및 (ii)에 따른 건조의 임의의 조합, 또는
(iv) 수성 조성물을 탈수하고 건조하는 조합.
특정 구현예에서, 건조가 냉동 건조에 의한 것이면, 탈수는 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 포함한다.
액체 배지에서 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스의 후속적인 재-분산에 의해, 예를 들어, 또 다른 설비로 수송에 따라, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 (i), (ii), (iii) 또는 (iv)에 따른 건조에 대한 것일 것보다 건조 또는 적어도 부분적인 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 가진다.
따라서, 미세섬유화 셀룰로스는 재-분산될 수 있고, 상기 방법은 액체 배지 내에 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산하는 것을 포함하고, 여기서 상기 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물을 탈수 및 건조함에 의해 제조되고 그것에 의하여 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 상기 탈수 및 건조에 대한 것일 것보다 건조 또는 적어도 부분적인 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 가지고, 선택적으로 여기서 상기 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스는: (i) 무기 미립자 물질, (ii) 무기 미립자 물질의 조합, 및/또는 (iii) 무기 미립자 물질 이외의 첨가제를 포함하여, 재-분산하는 동안 그것의 존재는 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 기계적 및/또는 물리적 특성을 증진하고; 그리고 선택적으로 여기서 탈수는:
(a) 벨트 프레스, 예를 들어, 고압 자동화 벨트프레스에 의한 탈수;
(b) 원심분리기에 의한 탈수;
(c) 튜브 프레스에 의한 탈수;
(d) 스크류 프레스에 의한 탈수; 및
(e) 회전식 프레스에 의한 탈수 중 하나 이상으로부터 선택되고; 및/또는 여기서 건조는
(f) 유동층 건조기에서 건조;
(g) 마이크로웨이브 및/또는 무선 주파수 건조기에 의한 건조;
(h) 핫 에어 스웹트 밀 또는 건조기, 예를 들어, 셀 밀 또는 Atritor® 밀에서의 건조; 및
(i) 냉동 건조에 의한 건조 중 하나 이상으로부터 선택된다.
특정 구현예에서, 건조가 냉동 건조에 의한 것이면, 탈수는 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 포함한다.
"건조된" 또는 "건조"에 대한 언급은 "적어도 부분적으로 건조된" 또는 "또는 적어도 부분적으로 건조"를 포함한다.
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 벨트 프레스, 예를 들어, 고압 자동화 벨트프레스에 의해 탈수되고, 이어서 건조, 예를 들어, 상기 (f) 내지 (i) 중 하나 이상을 통해 건조된다.
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 원심분리기에 의해 탈수되고, 이어서 건조, 예를 들어, 상기 (f) 내지 (i) 중 하나 이상을 통해 건조된다.
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 튜브 프레스에 의해 탈수되고, 이어서 건조, 예를 들어, 상기 (f) 내지 (i) 중 하나 이상을 통해 건조된다.
특정 구현예에서, 특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 스크류 프레스에 의해 탈수되고, 이어서 건조, 예를 들어, 상기 (f) 내지 (i) 중 하나 이상을 통해 건조된다.
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 회전식 프레스에 의해 탈수되고, 이어서 건조, 예를 들어, 상기 (f) 내지 (i) 중 하나 이상을 통해 건조된다.
특정 구현예에서, 수성 조성물은, 예를 들어, 상기 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 통해 탈수되고, 그리고 그 다음 유동층 건조기에서 건조된다.
특정 구현예에서, 수성 조성물은, 예를 들어, 상기 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 통해 탈수되고, 그리고 그 다음 마이크로웨이브 및/또는 무선 주파수 건조에 의해 건조된다.
특정 구현예에서, 수성 조성물은, 예를 들어, 상기 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 통해 탈수되고, 그리고 그 다음 핫 에어 스웹트 밀 또는 건조기, 예를 들어, 셀 밀 또는 Atritor® 밀에서 건조된다. 적합한 밀 및 건조기는 영국 웨스트 미드랜드 코번트리 블루리본파크 소재의 Atritor Limited로부터 이용가능한, 12 The Stampings이다. 이들 밀 및 건조기는 Atritor 건조기-분쇄기 (8A를 포함하는 임의의 모델), Atritor 셀 밀, Atritor 연장된 분류기 밀, 및 Atritor 에어 스웹트 관형 (AST) 건조기를 포함하고, 이러한 밀은 후속적으로 건조시되고 그런 다음 재-분산되는 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
특정 구현예에서, 수성 조성물은, 예를 들어, 상기 (a) 내지 (e) 중 하나 이상을 통해 탈수되고, 그리고 그 다음 냉동 건조에 의해 건조된다. 특정 구현예에서, 탈수는 상기에 기재된 (a)-(e) 중 하나 이상에 한다.
탈수 및 건조는 임의의 적합한 기간, 예를 들어, 약 30분 내지 약 12시간, 또는 약 30분 내지 약 8시간, 또는 약 30분 내지 약 4시간, 또는 약 30분 내지 약 2시간 동안 수행될 수 있다. 기간은 예를 들어, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 고형물 함량, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 벌크 양 및 건조 온도와 같은 인자에 의존할 것이다.
특정 구현예에서, 건조는 약 50℃ 내지 약 120℃, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 100℃, 또는 적어도 약 70℃, 또는 적어도 약 75℃, 또는 적어도 약 80℃의 온도에서 수행된다.
특정 구현예에서, 본 방법은 추가로 수성 또는 비-수성 액체일 수 있는 액체 배지에 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키는 것을 포함한다. 특정 구현예에서, 액체 배지는 수성 액체, 예를 들어, 물이다. 특정 구현예에서, 물은 물품, 생성물 또는 조성물을 제조하기 위해 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스가 사용되어 진 제조 공장으로부터 유래된 폐수 또는 재순환된 폐수이다. 예를 들어, 종이/종이 보드 제조 공장에서, 물은 종이 제조 공정으로부터의 재순환된 거품이 일어난 물일 수 있거나 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 임의의 무기 미립자 물질의 적어도 일부분 및/또는 무기 미립자 물질 이외의 첨가제는 재순환 거품이 일어난 물에 존재한다.
특정 구현예에서 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스는 무기 미립자 물질 및/또는 첨가제를 포함하고, 이들의 존재는 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 기계적 및/또는 물리적 특성을 증진한다. 그와 같은 무기 미립자 물질 및 첨가제는 아래에서 본 명세서에 기재되어 있다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 탈수 및 건조 이전에 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 10중량%, 예를 들어, 적어도 20중량%, 또는 적어도 30중량%, 또는 적어도 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 60중량%, 또는 적어도 70중량%, 또는 적어도 80중량%, 또는 적어도 80중량%, 또는 적어도 90중량%, 또는 적어도 약 95중량%, 또는 적어도 약 99중량%, 또는 적어도 약 99.5중량%, 또는 적어도 99.9중량% 수분 함량을 감소시키기 위해 탈수 및 건조될 수 있다.
"건조된" 또는 "건조"는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 수분 함량이 적어도 95중량% 감소된다는 것을 의미한다.
"부분적으로 건조된" 또는 "부분적으로 건조"는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 수분 함량이 95중량% 미만의 양으로 감소된다는 것을 의미한다. 특정 구현예에서, "부분적으로 건조된" 또는 "부분적으로 건조"는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 수분 함량이 적어도 50중량%, 예를 들어, 적어도 75중량% 또는 적어도 90중량% 감소된다는 것을 의미한다.
미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 탈수 및/또는 건조 이전에 처리될 수 있다. 예를 들어, 아래 지정된 바와 같은 하나 이상의 첨가제 (예를 들어 아래 지정된 바와 같은 염, 당, 글리콜, 우레아, 글리콜, 카복시메틸 셀룰로스, 구아르 검, 또는 이들의 조합)가 미세섬유화 셀룰로스에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 올리고머가 (예를 들어 상기 지정된 첨가제와 함께 또는 이들 없이) 미세섬유화 셀룰로스에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 무기 미립자 물질이 분산성을 개선하기 위해 미세섬유화 셀룰로스에 첨가될 수 있다 (예를 들어 소수성 표면-처리 예컨대 스테아르산 표면-처리를 갖는 탈크 또는 미네랄 (예를 들어 스테아르산 처리된 탄산칼슘). 첨가제는, 예를 들어, 낮은 유전체 용매에 현탁될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 탈수 및/또는 건조 이전에 에멀젼, 예를 들어 오일/물 에멀젼으로 될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 탈수 및/또는 건조 이전에 마스터배치 조성물, 예를 들어 폴리머 마스터배치 조성물 및/또는 높은 고형물 마스터배치 조성물로 될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스는, 예를 들어, 탈수 및/또는 건조 이전에 높은 고형물 조성물 (예를 들어 약 60 wt.%이거나 이상 또는 70 wt.%이거나 이상 또는 80 wt.%이거나 이상 또는 90 wt.%이거나 이상 또는 95 wt.%이거나 이상 또는 98 wt.%이거나 이상 또는 99 wt.%이거나 이상의 고형물 함량)일 수 있다. 처리 중 하나 이상의 임의의 조합이 탈수 및 건조 후이지만 재-분산 이전에 또는 재-분산 동안 미세섬유화 셀룰로스에 추가로 또는 대안적으로 적용가능할 수 있다.
재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 상기 (i), (ii), (iii) 또는 (iv)에 따른 건조에 대한 것일 것보다 건조 또는 적어도 부분적인 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 가질 수 있다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 (i), (ii) 또는 (iii)에 따른 건조에 대한 것일 것보다 건조 또는 적어도 부분적인 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 가진다.
기계적 특성은 미세섬유화 셀룰로스와 관련된 임의의 측정가능한 기계적 특성일 수 있다. 예를 들어, 기계적 특성은 강도 특성, 예를 들어, 인장 지수일 수 있다. 인장 지수는 인장 시험기를 사용하여 측정될 수 있다. 건조 전 및 재-분산 후에 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수를 비교하도록 조절된다면 임의의 적합한 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교는 미세섬유화 셀룰로스, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 첨가제 또는 무기 미립자 물질(들)의 동등한 농도에서 수행되어야 한다. 인장 지수는 임의의 적합한 단위 예컨대, 예를 들어, N.m/g 또는 kN.m/kg으로 표시될 수 있다.
물리적 특성은 미세섬유화 셀룰로스와 관련된 임의의 측정가능한 물리적 특성일 수 있다. 예를 들어, 물리적 특성은 점도일 수 있다. 점도는 점도계를 사용하여 측정될 수 있다. 건조 전 및 재-분산 후에 미세섬유화 셀룰로스의 점도를 비교하도록 조절된다면 임의의 적합한 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교는 미세섬유화 셀룰로스, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 첨가제 또는 무기 미립자 물질(들)의 동등한 농도에서 수행되어야 한다. 특정 구현예에서, 점도는 mPa.s의 단위를 갖는 브룩필드 점도이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수 및/또는 점도는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 인장 지수 및/또는 점도의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수 및/또는 점도의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수가 8 N.m/g이었으면, 이 값의 적어도 50%의 인장 지수는 4 N.m/g이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 인장 지수의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 점도는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 점도의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 점도의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질 및/또는 무기 미립자 물질 이외의 첨가제는 탈수 및 건조 동안 존재한다. 무기 미립자 물질 및/또는 첨가제는 탈수 및 건조 이전의 임의의 단계에서 첨가될 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질 및/또는 첨가제는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조 동안, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조에 이어서, 또는 둘 모두에서 첨가될 수 있다. 특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 미세섬유화 셀룰로스의 제조 동안 (예를 들어, 여기서 기재된 바와 같은, 공동-가공, 예를 들어, 공동-연삭함에 의해) 함입되고 그리고 무기 미립자 물질 이외의 첨가제는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조에 이어서 첨가된다. 특정 구현예에서, (미세섬유화 셀룰로스의 제조 동안 첨가된 무기 미립자와 동일 또는 상이할 수 있는) 추가의 무기 미립자 물질이 미세섬유화 셀룰로스의 제조에 이어서, 예를 들어, 무기 미립자 물질 이외의 첨가제의 첨가와 동시에 첨가될 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 조성물의 미세섬유화 셀룰로스는 20 내지 50의 섬유 경사도를 갖는다. 무기 미립자 물질, 첨가제 및 이들의 양의 세부사항은 아래에 기재되어 있다.
추가 측면에서, 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키는 방법은 액체 배지에서 그리고 재-분산된 미세섬유화의 기계적 및/또는 물리적 특성을 증진하는 무기 미립자 물질 이외의 첨가제의 존재에서 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키는 것을 포함한다. 건조 또는 적어도 부분적으로 건조되어지기 이전의 미세섬유화 셀룰로스는 20 내지 50의 섬유 경사도를 갖는다.
또 추가의 측면에서, 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키는 방법은 액체 배지에서 그리고 무기 미립자 물질의 조합의 존재에서 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키는 것을 포함하고, 여기서 상기 무기 미립자 물질의 조합은 재-분산된 미세섬유화의 기계적 및/또는 물리적 특성을 증진한다. 특정 구현예에서, 무기 미립자 물질의 조합은 탄산칼슘 및 판상 미네랄, 예를 들어, 판상 카올린, 또는 탈크를 포함한다.
특정 구현예에서, 존재할 때 첨가제는 염, 당, 글리콜, 우레아, 글리콜, 카복시메틸 셀룰로스, 구아르 검, 또는 이들의 조합이다.
특정 구현예에서, 존재할 때 첨가제는 염, 당, 글리콜, 우레아, 글리콜, 구아르 검, 또는 이들의 조합이다.
특정 구현예에서, 당은 단당류 (예를 들어 글루코스, 푸룩토스, 갈락토스), 이당류 (예를 들어 락토스, 말토스, 수크로스), 올리고당 (하나 이상의 단당류의 50 또는 그 미만의 사슬) 다당류 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
특정 구현예에서, 염은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염화물, 예를 들어, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화마그네슘 및/또는 염화칼슘이다. 특정 구현예에서, 염은 염화나트륨이거나 이를 포함한다.
특정 구현예에서, 글리콜은 알킬렌 글리콜이고, 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌 글리콜, 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 특정 구현예에서, 글리콜은 에틸렌 글리콜이거나 이를 포함한다.
특정 구현예에서, 첨가제는 우레아이거나 이를 포함한다.
특정 구현예에서, 첨가제는 구아르 검이거나 이를 포함한다.
특정 구현예에서, 첨가제는 카복시메틸 셀룰로스이거나 이를 포함한다. 특정 구현예에서, 첨가제는 카복시메틸 셀룰로스가 아니다.
특정 구현예에서, 건조 또는 적어도 부분적으로 건조하기 이전의 미세섬유화 셀룰로스는 아세틸화되지 않는다. 특정 구현예에서, 건조 또는 적어도 부분적으로 건조하기 이전의 미세섬유화 셀룰로스는 아세틸화반응을 거치지 않는다.
무기 미립자 물질은 하기 단계 중 하나 이상에서 첨가될 수 있다: (i) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조 이전 또는 제조 동안; (ii) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조에 이어서; (iii) 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 탈수 동안; (iv) 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 건조 동안; 및 (v) 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키기 이전 또는 재-분산시키는 동안.
재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 무기 미립자 및/또는 첨가제의 존재에 대한 것일 것보다 건조 및 재-분산 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 갖는다. 환언하면, 무기 미립자 물질 및/또는 무기 미립자 물질 이외의 첨가제의 존재는 재-분산된 미세섬유화의 기계적 및/또는 물리적 특성을 향상시킨다
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 이것이 그러나 무기 미립자 물질 및/또는 첨가제의 존재에 대한 것일 것보다 건조 또는 적어도 부분적인 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 것에 더 가까운 기계적 및/또는 물리적 특성을 갖는다.
상기에 기재된 바와 같이, 기계적 특성은 미세섬유화 셀룰로스와 관련된 임의의 측정가능한 기계적 특성일 수 있다. 예를 들어, 기계적 특성은 강도 특성, 예를 들어, 인장 지수일 수 있다. 인장 지수는 인장 시험기를 사용하여 측정될 수 있다. 건조 전 및 재-분산 후에 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수를 비교하도록 조절된다면 임의의 적합한 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교는 미세섬유화 셀룰로스, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 첨가제 또는 무기 미립자 물질(들)의 동등한 농도에서 수행되어야 한다. 인장 지수는 임의의 적합한 단위 예컨대, 예를 들어, N.m/g 또는 kN.m/kg으로 표시될 수 있다.
물리적 특성은 미세섬유화 셀룰로스와 관련된 임의의 측정가능한 물리적 특성일 수 있다. 예를 들어, 물리적 특성은 점도일 수 있다. 점도는 점도계를 사용하여 측정될 수 있다. 건조 전 및 재-분산 후에 미세섬유화 셀룰로스의 점도를 비교하도록 조절된다면 임의의 적합한 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교는 미세섬유화 셀룰로스, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 첨가제 또는 무기 미립자 물질(들)의 동등한 농도에서 수행되어야 한다. 특정 구현예에서, 점도는 mPa.s의 단위를 갖는 브룩필드 점도이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수 및/또는 점도는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 인장 지수 및/또는 점도의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수 및/또는 점도의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수가 8 N.m/g이었으면, 이 값의 적어도 50%의 인장 지수는 4 N.m/g이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 인장 지수의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 인장 지수의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
특정 구현예에서, 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 점도는 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 점도의 적어도 약 25%, 예를 들어, 건조 이전 미세섬유화 셀룰로스의 점도의 적어도 약 30%, 또는 적어도 약 35%, 또는 적어도 약 40%, 또는 적어도 45%, 또는 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 55%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 65%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%이다.
존재할 때, 무기 미립자 물질 및/또는 첨가제는 미세섬유화 셀룰로스의 재-분산성을 향상시키기 위해, 즉, 재-분산된 미세섬유화의 기계적 및/또는 물리적 특성을 향상시키기 위해 충분한 양으로 존재한다.
건조 이전에 (존재할 때 무기 미립자를 포함하여) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 총 중량을 기준으로, 첨가제는 약 0.1 wt.% 내지 약 20 wt.%, 또는 약 0.25 wt.% 내지 약 15 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 10 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 7.5 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 5 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 또는 약 9.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 또는 약 1 wt.% 내지 약 3 wt.%의 양으로 첨가될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스 및 선택적인 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 조성물은 건조 이전에 최대 약 50 wt.%, 예를 들어, 최대 약 40 wt.%, 또는 최대 약 30 wt.%, 또는 최대 약 20 wt.%, 또는 최대 약 15 wt.%, 또는 최대 약 10 wt.%, 또는 최대 약 5 wt.%, 또는 최대 약 4 wt.%, 또는 최대 약 3 wt.%, 또는 최대 약 2 wt.%, 또는 최대 약 2 wt.%의 고형물 함량을 가질 수 있다.
건조 이전에 수성 조성물 미세섬유화 셀룰로스의 고형물 함량을 기준으로, 무기 미립자는 총 고형물 함량 중 최대 약 99%, 예를 들어, 총 고형물 함량 중 최대 약 90%, 또는 최대 약 80 wt.%, 또는 최대 약 70 wt.%, 또는 최대 약 60 wt.%, 또는 최대 약 50 wt.%, 또는 최대 약 40%, 또는 최대 약 30%, 또는 최대 약 20%, 또는 최대 약 10%, 또는 최대 약 5%를 구성할 수 있다.
특정 구현예에서, 수성 조성물에서 무기 미립자 대 미세섬유화 셀룰로스의 중량 비는 약 10:1 내지 약 1:2, 예를 들어, 약 8:1 내지 약 1:1, 또는 약 6:1 내지 약 3:2, 또는 약 5:1 내지 약 2:1, 또는 약 5:1 내지 약 3:1, 또는 약 4:1 내지 약 3:1, 또는 약 4:1이다.
특정 구현예에서, 건조 또는 적어도 부분적으로 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물은 최대 약 20 wt.%의 고형물 함량을 가지고, 선택적으로 여기서 고형물의 최대 약 80%는 무기 미립자 물질이다.
특정 구현예에서, 수성 조성물은 건조 이전에 무기 미립자 물질이 실질적으로 없다.
무기 미립자 물질은, 예를 들어, 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 점토, 무수 (하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전하게 하소된 카올린, 탈크, 마이카, 헌타이트, 하이드로마그네사이트, 가루 유리, 펄라이트 또는 규조토, 또는 규회석, 또는 이산화티타늄, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 라임, 흑연, 또는 이들의 조합일 수 있다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 무수 칸다이트 점토, 펄라이트, 규조토, 규회석, 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 이산화티타늄 또는 이들의 조합이거나 이들을 포함한다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 표면-처리된 무기 미립자 물질일 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 소수성화 제제, 예컨대 지방산 또는 이들의 염으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 스테아르산 처리된 탄산칼슘일 수 있다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은, 선택적으로 또 다른 무기 미립자 물질, 예컨대, 예를 들어, 탄산칼슘과 조합하여, 판상 미네랄, 예를 들어, 카올린 및/또는 탈크이거나 이들을 포함한다.
'판상' 카올린은 높은 형상 계수를 갖는 카올린 생성물 같은 카올린을 의미한다. 판상 카올린은 약 20 내지 약 60 미만의 형상 계수를 갖는다. 초-판상 카올린은 약 60 내지 100 또는 더욱이 100 초과의 형상 계수를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "형상 계수"는 본 명세서에 참고로 편입되는 미국 특허 번호 5,576,617에 기재된 전기전도도 방법, 장치, 및 방정식을 사용하여 측정된 다양한 크기 및 형상의 입자의 모집단에 대한 입자 직경 대 입자 두께의 비의 척도이다. 형상 계수를 측정하기 위한 기술이 '617 특허에 추가로 기재되어 있는 바와 같이, 시험하에 있는 배향된 입자의 수성 현탁액의 조성물의 전기전도도는 조성물이 용기를 통해 흐를 때 측정된다. 전기전도도의 측정은 용기의 일 방향을 따라 그리고 제1 방향에 대해 횡행하는 용기의 또 다른 방향을 따라 취해진다. 2개의 전도도 측정 사이의 차이를 사용하면, 시험하에 있는 미립자 물질의 형상 계수가 결정된다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은, 선택적으로 또 다른 무기 미립자 물질, 예컨대, 예를 들어, 탄산칼슘과 조합하여, 탈크이거나 이들을 포함한다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 표면 처리될 수 있는 탄산칼슘이고, 그리고 수성 조성물은 본 명세서에서 기재된 바와 같은 무기 미립자 물질 이외의 첨가제 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
무기 미립자 물질은 입자 중 적어도 약 10중량%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%, 또는 적어도 약 90중량%, 또는 적어도 약 95중량%, 또는 약 100%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
또 다른 구현예에서, 무기 미립자 물질은 Malvern Mastersizer S 기계를 사용하여 측정될 때, 입자 중 적어도 약 10중량%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지고, 예를 들어, 입자 중 적어도 약 20중량%, 또는 적어도 약 30중량%, 또는 적어도 약 40중량%, 또는 적어도 약 50중량%, 또는 적어도 약 60중량%, 또는 적어도 약 70중량%, 또는 적어도 약 80중량%, 또는 적어도 약 90중량%, 또는 적어도 약 95중량%, 또는 약 100%가 2㎛ 미만의 e.s.d를 가지는 입자 크기 분포를 갖는다.
특정 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물은 무기 미립자 물질이 없고, 그리고 수성 조성물은 본 명세서에서 기재된 바와 같은 무기 미립자 물질 이외의 첨가제 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
본 명세서에서 기재된 다양한 방법은 유리한 특성을 갖는 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 제조에 대해 제공한다.
따라서, 추가 측면에서, 액체 배지에 분산된 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스를 포함하고 그리고 본 명세서에서 기재된 방법 측면 중 임의의 하나에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있고, 그리고 비교할만한 농도에서, 건조 이전의 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 인장 지수 및/또는 점도의 적어도 50%인 인장 지수 및/또는 점도를 갖는 조성물이 제공되고, 여기서 (i) 수성 조성물의 미세섬유화 셀룰로스는 20 내지 50의 섬유 경사도를 가지거나, 및/또는 (ii) 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물은 무기 미립자 물질을 포함하고, 그리고 선택적으로 무기 미립자 물질 이외의 첨가제를 추가로 포함한다.
재-분산된 미세섬유화 셀룰로스는 물품, 생성물, 또는 조성물, 예를 들어, 종이, 판지, 폴리머 물품, 페인트, 및 기타 동종의 것에서 사용될 수 있다.
ㆍ미네랄 (GCC 또는 카올린) 및 미세섬유화 셀룰로스 펄프 섬유의 혼합물의 입자 크기 분포를 특징화하는 예시적인 절차
- 탄산칼슘
3g 건조 물질을 제공하기에 충분한 공동-분쇄된 슬러리 샘플을 비이커에 칭량하고, 탈이온수로 60g으로 희석하고, 1.5 w/v% 활성의 나트륨 폴리아크릴레이트 용액 5㎤와 혼합한다. 추가의 탈이온수를 80g의 최종 슬러리 중량이 되도록 교반하면서 첨가한다.
- 카올린
5g 건조 물질을 제공하기에 충분한 공동-분쇄된 슬러리 샘플을 비이커에 칭량하고, 탈이온수로 60g으로 희석하고, 1.0 wt.% 탄산나트륨 및 0.5 wt.% 나트륨 헥사메타포스페이트의 용액 5㎤와 혼합한다. 추가의 탈이온수를 80g의 최종 슬러리 중량이 되도록 교반하면서 첨가한다.
슬러리를 그런 다음 Mastersizer S에 부착된 샘플 준비 장치에서 최적의 수준의 흐려짐이 표시될 때까지 (정상적으로 10-15%) 물에 1㎤ 분취액으로 첨가한다. 광 산란 분석 절차를 그런 다음 수행한다. 선택한 기기 범위는 300RF : 0.05-900이며 빔 길이는 2.4mm로 설정되었다.
탄산칼슘과 섬유를 함유하는 공동-분쇄된 샘플의 경우 탄산칼슘에 대한 굴절률 (1.596)이 사용된다. 카올린과 섬유의 공동-분쇄된 샘플의 경우 카올린에 대한 RI (1.5295)가 사용된다.
입자 크기 분포는 Mie 이론으로부터 계산되고 차동 용적 기반 분포로서 산출물을 제공한다. 두 개의 구별되는 피크의 존재는 미네랄 (미세한 피크)과 섬유 (거친 피크)에서 비롯된 것으로 해석된다.
미세한 미네랄 피크는 측정된 데이터 포인트에 맞춰지고 누적 분포로 전환되는 섬유 피크를 남기기 위해 분포에서 수학적으로 공제된다. 유사하게, 섬유 피크는 누적 분포로 또한 전환되는 미네랄 피크를 남기기 위해 최초 분포에서 수학적으로 공제된다. 이들 누적 곡선 둘 모두는 그런 다음 평균 입자 크기 (d50)와 분포의 경사도 (d30/d70 x 100)를 계산하는 데 사용될 수 있다. 차동 곡선은 미네랄 및 섬유 분획 둘 모두에 대한 양식의 입자 크기를 찾는 데 사용될 수 있다.
초음파처리 공정
간단히 말해서, 음파처리인, 초음파처리 또는 초음파처리 (달리 지적되지 않는 한 본 명세서에서 상호교환적으로 사용됨)는 액체의 진탕을 초래하는 초음파 (> 20kHz) 음파로 액체 샘플의 조사이다. 음파는 액체 매체로 전파되어 고압 (압축) 및 저압 (희박화) 사이클이 교대로 발생시킨다. 희박화하는 동안, 고-강도 음파는 액체에 작은 진공 기포 또는 공동을 생성하고, 그런 다음 압축 동안에 맹렬하게 붕괴되어 (공동화) 초고 국부 온도, 및 진탕을 발생시킨다. 이들 사건의 조합은 물질을 본질적으로 유화시키는 더 작은 구성성분으로 물질을 분해하거나 감소시킬 수 있는 높은 전단력을 초래한다. 이 공정은 선택된 작동 파라미터에 따라 물질의 물리적 특성을 변경시킬 수 있다. 초음파처리는 또한 물질의 진탕을 통한 물질의 혼합을 돕는다. 비록 본 발명은 임의의 초음파처리 특정 장치의 사용에 제한되지 않지만, 초음파처리는 초음파 배쓰 또는 초음파 탐침 (또는 변환기)의 사용에 의해 가장 전형적으로 수행된다. 당해 분야에 공지된 적합한 장치는 또한 초음파 균질 기, 초음파 포일 및 초음파 호른을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
물질에 대한 초음파처리-유도된 공동화의 임의의 효과는 상이한 주파수, 변위 또는 진동 진폭, 공정에 대한 노출 시간 및 공정의 투여 방식 (예를 들어, 펄스 또는 연속 투여)를 포함하는 파라미터의 조합을 통해 제어된다. 사용된 주파수는 전형적으로 약 25 내지 55kHz의 범위이다. 사용된 진폭은 전형적으로 약 22 내지 50㎛의 범위이다. 초음파 배쓰, 초음파 탐침 또는 다른 장치를 사용하는 선택은 또한 공정의 최종 결과에 영향을 줄 수 있다.
본 발명에 관하여, 본 발명의 미세섬유화 셀룰로스 또는 미세섬유화 셀룰로스와 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액 (집합적으로 "수성 현탁액"으로 칭함)의 초음파처리는 물질의 물리적 특성을 향상시킨다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하거나 또는 미세섬유화 셀룰로스와 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 초음파처리는, 본 명세서의 실시예 부문에서 실증된 바와 같이, 놀랍게도 그리고 예상외로 물질의 향상된 점도 및/또는 인장 강도를 초래한다. 본 발명의 물질의 물리적 특성의 향상과 향상의 정도는 사용된 작동 파라미터에 의존적이다. 본 명세서의 교시의 관점에서, 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험과정없이 원하는 결과를 달성하기에 적절한 파라미터를 식별할 수 있을 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 수성 현탁액의 초음파처리는 향상된 점도 및/또는 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 초음파처리된 현탁액을 생산하는 것을 포함하고, 상기 방법은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액을 생산하기 위해 무기 미립자 물질의 존재에서 수성 환경에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하고, 그리고 추가로 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액을 생산하기 위해 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액을 초음파처리되게 하는 것을 포함한다. 미세섬유화하는 단계는 무기 미립자 물질의 존재에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 단계를 포함할 수 있고 그리고 원하는 입자 크기를 갖는 무기 미립자 물질을 얻기 위해 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재의 부재에서 무기 미립자 물질을 연삭하는 초기 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액을 생산하기 위해 상기에 논의된 바와 같은 연삭 매체가 또한 사용될 수 있다
미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 초음파처리는 초음파 탐침 또는 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 또는 초음파 호른으로 수행될 수 있다. 이러한 장치의 사용은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명의 방법은 초음파처리 단계 전이나 후에 고전단 혼합, 균질화 또는 정제 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있고, 이들 모두는 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있고 본 명세서의 교시의 관점에서 과도한 실험과정없이 본 발명의 방법에 편입될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 인장 강도는 초음파처리가 시행되지 않은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액보다 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 100% 또는 적어도 200% 증가된다.
본 발명의 일 구현예에서, 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 점도는 초음파처리가 시행되지 않은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액보다 적어도 5%, 적어도 10% 또는 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 100% 증가된다.
본 발명의 일 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 적어도 30초, 적어도 1분, 적어도 2분, 적어도 5분, 적어도 10분 및 적어도 20분 동안 또는 그보다 더 길게 초음파처리를 받는다. 시간의 길이는 본 명세서의 교시에 기반하여 당해 분야의 숙련가에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 건조된 원섬유의 톤당 최대 1000kwh, 건조된 원섬유의 톤당 최대 2500kwh, 건조된 원섬유의 톤당 최대 5000kwh 및 건조된 원섬유의 톤당 최대 10000kwh의 에너지 보상 비율로 초음파처리를 받는다.
미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 연속식 또는 펄스 방식 또는 둘 모두의 조합으로 초음파발생장치를 구동함에 의해 초음파처리될 수 있다. 즉, 교대로 하는 경우는 긴 펄스와 짧은 펄스가 원하는 대로의 패턴 또는 랜덤하게 수행된다.
미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 초음파처리 이전에 반-건조 생성물로 형성될 수 있다. 벨트 가압된 케이크는 본 발명에서 사용하기에 적합한 반-건조된 생성물의 일 예이다. 종종 생성물을 반-건조 생성물로 변환하는 것은, 예를 들어 취급 및/또는 운송의 용이성을 위해 수행된다. 반-건조된 생성물을 개시 물질로 사용하는 경우, 초음파처리는 물질에 향상된 물리적 특성을 제공할 뿐만 아니라 재습윤화로 지칭되는 공정에서 물질을 용액으로 분배하는 데 도움을 준다.
미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액의 초음파처리는, 하나의 파라미터에 대한 변화는 또 다른 파라미터에서의 변화를 보상할 수 있기 때문에, 초음파처리되어 지는 설비 및 물질의 물리적 및 실제적인 한계 내에서 임의의 특별한 또는 특이적인 초음파처리 파라미터에 제한되지 않는다. 예를 들어, 늘어난 초음파처리 시간은 감소된 진폭을 사용하는 것에 대해 적어도 부분적으로 보상할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 초음파처리는 사용된 초음파발생장치의 물리적 제한에 대해 최대 60%, 최대 80%, 최대 100% 및 최대 200% 이상의 진폭에서 수행된다. 사용된 특정 장치의 진폭의 상기 상단의 물리적 한계는 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 펄프, 예를 들어, 화학적 펄프, 또는 화학열기계적 펄프, 또는 기계적 펄프, 또는 재순환 펄프, 또는 종이 파쇄 펄프, 또는 제지공장 폐기물 스트림, 또는 제지공장으로부터의 폐기물, 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다.
무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 점토, 무수 (하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전하게 하소된 카올린, 탈크, 마이카, 펄라이트 또는 규조토, 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 무기 미립자 물질은 알칼리 토금속 탄산염, 예를 들어, 탄산칼슘 또는 카올린 또는 이들의 조합이다.
연삭 용기는 타워 밀일 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 방법에 의해 수득된 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 종이를 제조하거나 또는 종이를 코팅하는 방법에서 사용하기에 적합하고 그리고 MFC가 전형적으로 사용되는 다른 공정 및 물질에서 기타 용도에 대해 적합하고, 그것의 예들은 "기타 용도"의 명칭으로 된 부문에서 아래에 기술된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 셀룰로스 현탁액은 무기 미립자 물질의 사용 없이 생산될 수 있다. 이들 사례에서, 상기 및 아래에 논의된 바와 같은 연삭 매체가 무기 미립자 물질 대신에 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 셀룰로스 현탁액의 초음파처리는 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액을 생산하는 것을 포함하고, 상기 방법은 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액을 생산하기 위해 수성 환경에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 미세섬유화하는 단계를 포함하고, 그리고 추가로 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액을 생산하기 위해 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액을 초음파처리되게 하는 것을 포함한다. 미세섬유화하는 단계는 연삭 매체의 존재에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 연삭 매체는 원하는 입자 크기를 갖는다. 연삭 매체는 미세섬유화하는 단계 후에 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액의 초음파처리는 초음파 탐침 또는 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 또는 초음파 호른으로 수행될 수 있다. 이러한 장치의 사용은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
이러한 탐침은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 본 명세서의 교시의 관점에서, 당해 분야의 숙련가는 과도한 실험과정없이 적절한 파라미터를 구별할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명의 방법은 초음파처리 단계 전이나 후에 고전단 혼합, 균질화 또는 정제 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있고, 이들 모두는 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있고 본 명세서의 교시의 관점에서 과도한 실험과정없이 본 발명의 방법에 편입될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액의 인장 강도는 초음파처리가 시행되지 않은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액보다 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 100% 또는 적어도 200% 증가된다.
본 발명의 일 구현예에서, 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액의 점도는 초음파처리가 시행되지 않은 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액보다 적어도 5%, 적어도 10%, 또는 적어도 20%, 적어도 50%, 적어도 100% 증가된다.
본 발명의 일 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액은 적어도 30초, 적어도 1분, 적어도 2분, 적어도 5분, 적어도 10분 및 적어도 20분 동안 또는 그보다 더 길게 초음파처리를 받는다. 시간의 길이는 본 명세서의 교시에 기반하여 당해 분야의 숙련가에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액은 건조된 원섬유의 톤당 최대 1000kwh, 건조된 원섬유의 톤당 2500kwh, 건조된 원섬유의 톤당 최대 5000kwh 및 건조된 원섬유의 톤당 최대 10000kwh의 에너지 보상 비율로 초음파처리를 받는다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액은 연속식 또는 펄스 방식 또는 둘 모두의 조합으로 초음파발생장치를 구동함에 의해 초음파처리될 수 있다. 즉, 교대로 하는 경우는 긴 펄스와 짧은 펄스가 원하는 대로의 패턴 또는 랜덤하게 수행된다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액은 초음파처리 이전에 반-건조 생성물로 형성될 수 있다. 벨트 가압된 케이크는 본 발명에서 사용하기에 적합한 반-건조된 생성물의 일 예이다. 종종 생성물을 반-건조 생성물로 변환하는 것은, 예를 들어 취급 및/또는 운송의 용이성을 위해 수행된다. 반-건조된 생성물을 개시 물질로 사용하는 경우, 초음파처리는 물질에 향상된 물리적 특성을 제공할 뿐만 아니라 물질을 용액으로 분배하는 데 도움을 준다.
미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 현탁액의 초음파처리는, 하나의 파라미터에 대한 변화는 또 다른 파라미터에서의 변화를 보상할 수 있기 때문에, 물리적 및 실제적인 한계 내에서 임의의 특별한 또는 특이적인 초음파처리 파라미터에 제한되지 않는다. 예를 들어, 늘어난 초음파처리 시간은 감소된 진폭에 대해 적어도 부분적으로 보상할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 초음파처리는 사용된 초음파발생장치의 물리적 제한에 대해 최대 60%, 최대 80%, 최대 100% 및 최대 200% 이상의 진폭에서 수행된다. 사용된 특정 장치의 진폭의 상기 상단의 물리적 한계는 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
*셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 펄프, 예를 들어, 화학적 펄프, 또는 화학열기계적 펄프, 또는 기계적 펄프, 또는 재순환 펄프, 또는 종이 파쇄 펄프, 또는 제지공장 폐기물 스트림, 또는 제지공장으로부터의 폐기물, 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 방법에 의해 수득된 향상된 점도 및 인장 강도 특성을 갖는 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수성 현탁액은 종이를 제조하거나 또는 종이를 코팅하는 방법에서 사용하기에 적합하고 그리고 MFC가 전형적으로 사용되는 다른 공정 및 물질에서 기타 용도에 대해 적합하고, 그것의 예들은 "기타 용도"의 명칭으로 된 부문에서 아래에 기술된다.
미세섬유화 셀룰로스와 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물 및 생성물의 용도
본 명세서에서 개시되고 본 명세서에서 개시된 방법에 의해 제조된 미세섬유화 셀룰로스는 다양한 조성물, 물품 및 생성물에 사용될 수 있다. 이러한 조성물로부터 생산된 섬유를 포함한다.
섬유 및 패브릭
본 명세서에서 개시된 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스 또는 본 명세서에서 개시된 임의의 방법에 의해 제조된 미세섬유화 셀룰로스는, 이들의 구현예를 포함하여, 섬유를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이들 섬유는, 예를 들어, 직물, 예를 들어 직포 또는 부직포를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스는 선택적으로 하나 이상의 무기 미립자 물질을 포함하는 조성물로서 이용될 수 있다.
무기 미립자 물질은 하기 단계 중 하나 이상에서 첨가될 수 있다: (i) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조 이전 또는 제조 동안; (ii) 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 수성 조성물의 제조에 이어서; (iii) 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 탈수 동안; (iv) 미세섬유화 셀룰로스의 수성 조성물의 건조 동안; 및 (v) 건조된 또는 적어도 부분적으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스를 재-분산시키기 이전 또는 재-분산시키는 동안.
공동-분쇄되어 지는 혼합물 내 무기 미립자 물질과 셀룰로스 펄프의 양은 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 약 0:100 내지 약 30:70의 비에서 변할 수 있거나, 또는 무기 미립자 물질 및 펄프 내의 건조 섬유의 양의 건조 중량을 기준으로 50:50의 비일 수 있다.
무기 미립자 물질은, 예를 들어, 알칼리 토금속 탄산염 또는 황산염, 예컨대 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 함수 칸다이트 점토 예컨대 카올린, 할로이사이트 또는 볼 점토, 무수 (하소된) 칸다이트 점토 예컨대 메타카올린 또는 완전하게 하소된 카올린, 탈크, 마이카, 헌타이트, 하이드로마그네사이트, 가루 유리, 펄라이트 또는 규조토, 또는 규회석, 또는 이산화티타늄, 또는 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 라임, 흑연, 또는 이들의 조합일 수 있다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 백운석, 석고, 무수 칸다이트 점토, 펄라이트, 규조토, 규회석, 수산화마그네슘, 또는 알루미늄 3수화물, 이산화티타늄 또는 이들의 조합이거나 이들을 포함한다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은 표면-처리된 무기 미립자 물질일 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 소수성화 제제, 예컨대 지방산 또는 이들의 염으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 무기 미립자 물질은 스테아르산 처리된 탄산칼슘일 수 있다.
특정 구현예에서, 무기 미립자 물질은, 선택적으로 또 다른 무기 미립자 물질, 예컨대, 예를 들어, 탄산칼슘과 조합하여, 판상 미네랄, 예를 들어, 카올린 및/또는 탈크이거나 이들을 포함한다.
미세섬유화 셀룰로스는 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재로부터 유래된다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 임의의 적합한 공급원, 예컨대 목재, 식물 (예를 들어, 사탕수수, 대나무) 또는 폐기물 (예를 들어, 직물 폐기물, 면, 삼 또는 아마)로부터 유래될 수 있다. 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재는 임의의 적합한 화학적 또는 기계적 처리 또는 이들의 조합에 의해 제조될 수 있는 펄프 형태 (즉, 물에 셀룰로스 섬유의 현탁액)일 수 있다. 예를 들어, 펄프는 화학적 펄프, 또는 화학열기계적 펄프, 또는 기계적 펄프, 또는 재순환 펄프, 또는 제지공장 파쇄물, 또는 제지공장 폐기물 스트림, 또는 제지공장으로부터의 폐기물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 셀룰로스 펄프는 ㎤ 단위로 캐나다 표준 여수도 (CSF)로 당해 분야에 보고된 임의의 예정된 여수도로 (예를 들어, Valley 비터에서) 휘저어 지거나 및/또는 달리는 (예를 들어, 원뿔형 또는 플레이트 정제기에서 처리하여) 정제될 수 있다. CSF는 펄프의 현탁액이 배출될 수 있는 속도로 측정된 펄프의 여수도 또는 배수 속도에 대한 값을 의미한다. 예를 들어, 셀룰로스 펄프는 미세섬유화되기 이전에 약 10㎤ 이상의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 약 700㎤ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 650㎤ 또는 그 미만, 또는 약 600㎤ 또는 그 미만, 또는 약 550㎤ 또는 그 미만, 또는 약 500㎤ 또는 그 미만, 또는 약 450㎤ 또는 그 미만, 또는 약 400㎤ 또는 그 미만, 또는 약 350㎤ 또는 그 미만, 또는 약 300㎤ 또는 그 미만, 또는 약 250㎤ 또는 그 미만, 또는 약 200㎤ 또는 그 미만, 또는 약 150㎤ 또는 그 미만, 또는 약 100㎤ 또는 그 미만, 또는 약 50㎤ 또는 그 미만의 CSF를 가질 수 있다. 셀룰로스 펄프는 그런 다음 당해 분야에서 잘 알려진 방법에 의해 탈수될 수 있고, 예를 들어, 펄프는 적어도 약 10% 고체, 예를 들어 적어도 약 15% 고체, 또는 적어도 약 20% 고체, 또는 적어도 약 30% 고체, 또는 적어도 약 40% 고체를 포함하는 습성 시트를 얻기 위해 스크린을 통해 여과될 수 있다. 펄프는 정련되거나 탈수되거나 또는 달리는 정제됨이 없는 것으로 일컬어 지는 미정제된 상태로 이용될 수 있다.
무기 미립자 물질의 첨가 또는 첨가 없이, 그리고 본 명세서에서 이전에 기재된 바와 같이 수성 현탁액으로 가공되거나 또는 건조 또는 부분적으로 건조되고 이와 같이 사용되거나 또는 사용 전에 액체로 재구성되든 간에 미세섬유화 셀룰로스는, (무기 미립자 물질과 함께 또는 없이 및 추가의 첨가제와 함께 또는 없이, 섬유의 제조, 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질을 포함하는 이러한 섬유로 제조된 부직 물질의 제조에서 미세섬유화 셀룰로스 조성물로서 사용될 수 있다 것이 숙련가에게 이해될 것이다.
따라서, 또한 본 명세서에서 개시된 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스 또는, 이들의 모든 구현예를 포함하여, 본 명세서에서 개시된 임의의 방법에 의해 제조된 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는, 이들로 본질적으로 구성되는 또는 이들로 구성되는 섬유가 본 명세서에서 개시된다. 섬유는, 예를 들어, 모노필라멘트 섬유일 수 있다. 또한 본 명세서에서 개시된 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스 및 하나 이상의 무기 미립자 물질 또는, 이들의 모든 구현예를 포함하여, 본 명세서에서 개시된 임의의 방법에 의해 제조된 미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는, 이들로 본질적으로 구성되는 또는 이들로 구성되는 섬유가 본 명세서에서 개시된다. 섬유는, 예를 들어, 모노필라멘트 섬유일 수 있다.
적어도 하나의 폴리머 수지는 임의의 특정 섬유 및/또는 부직포 제품 또는 적용에 대해 원하는 특성을 제공하는 통상적인 폴리머 수지로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 폴리머 수지는 비제한적으로: 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 호모폴리머 및, 1 -부텐, 4-메틸-l-펜텐, 및 1-헥산과의 코폴리머를 포함한 코폴리머; 폴리아미드, 예컨대 나일론; 폴리에스테르; 임의의 상기-언급된 폴리머의 코폴리머; 및 그것의 블렌드를 포함하는 열가소성 폴리머로부터 선택될 수 있다.
적어도 하나의 폴리머 수지로서 적합한 상품의 예는, 비제한적으로: Exxon Mobil Corporation으로부터 이용가능한, 약 30g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 Exxon 3155; Montell USA로부터 이용가능한, 약 38g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 PF305; Union Carbide로부터 이용가능한, 약 38g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 ESD47; Union Carbide로부터 이용가능한, 약 35g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머인 6D43; Total Petrochemicals로부터 이용가능한, 약 25g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 PPH 9099; Total Petrochemicals로부터 이용가능한, 약 35g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 PPH 10099; Lyondell Basell로부터 이용가능한, 약 25g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌 호모폴리머인 Moplen HP 561R을 포함한다
폴리머는, 예를 들어, 생고분자 (생분해성 폴리머)일 수 있다. 폴리머는, 예를 들어, 수용성일 수 있다.
생물의학 기술분야에서 생분해성인 생체적합성 폴리머의 예는 생분해성 친수성 폴리머를 포함한다. 이들은: 다당류, 단백질성 폴리머, 다당류의 가용성 유도체, 단백질성 폴리머의 가용성 유도체, 폴리펩타이드, 폴리에스테르, 폴리오르토에스테르, 및 기타 동종의 것과 같은 물질을 포함한다. 다당류는 폴리-l,4-글루칸, 예를 들어, 전분 글리코겐, 아밀로스 및 아밀로펙틴, 및 기타 동종의 것일 수 있다. 생분해성 친수성 폴리머는 가수분해된 아밀로펙틴을 포함한, 폴리-l,4-글루칸의 수용성 유도체, 가수분해된 아밀로펙틴의 하이드록시알킬 유도체 예컨대 하이드록시에틸 전분 (HES), 하이드록시에틸 아밀라아제, 디알데하이드 전분, 및 기타 동종의 것일 수 있다. 단백질성 폴리머 및 그것의 가용성 유도체는 겔화 생분해성 합성 폴리펩타이드, 엘라스틴, 알킬화된 콜라겐, 알킬화된 엘라스틴, 및 기타 동종의 것을 포함한다. 생분해성 합성 폴리펩타이드는 폴리-(N-하이드록시알킬)-L-아스파라긴, 폴리-(N-하이드록시알킬)-L-글루타민, 다른 아미노산과 N-하이드록시알킬-L-아스파라긴 및 N-하이드록시알킬-L-글루타민의 코폴리머를 포함한다. 제안된 아미노산은 L-알라닌, L-라이신, L-페닐알라닌, L-류신, L-발린, L-티로신, 및 기타 동종의 것을 포함한다.
섬유는, 예를 들어, 최대 약 1 wt.%, 최대 약 2 wt.%, 최대 약 3 wt.%, 최대 약 4 wt.%, 최대 약 5 wt.%, 최대 약 6 wt.%, 최대 약 7 wt.%, 최대 약 8 wt.%, 최대 약 9 wt.%, 또는 최대 약 10 wt.%를 포함할 수 있고 섬유는, 예를 들어, 0 wt.% 폴리머를 포함할 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 최대 약 100 wt.% 미세섬유화 셀룰로스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유는 최대 약 99 wt.% 미세섬유화 셀룰로스 또는 최대 약 98 wt.%, 또는 최대 약 97 wt.%, 또는 최대 약 96 wt.%, 또는 최대 약 95 wt.%, 또는 최대 약 94 wt.%, 또는 최대 약 93 wt.%, 또는 최대 약 92 wt.%, 또는 최대 약 91 wt.%, 또는 최대 약 90 wt.%, 또는 최대 약 80 wt.%, 또는 최대 약 70 wt.%, 또는 최대 약 60 wt.%, 또는 최대 약 50 wt.% 또는 최대 약 40 wt.% 미세섬유화 셀룰로스를 포함할 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 최대 약 60 wt.% 무기 미립자 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 0.1 wt.% 내지 약 50 wt.% 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 45 wt.% 또는 약 1 wt.% 내지 약 40 wt.% 또는 약 5 wt.% 내지 약 35 wt.% 또는 약 10 wt.% 내지 약 30 wt.% 무기 미립자 물질을 포함할 수 있다.
무기 미립자 물질의 입자 크기는 본 명세서에 개시된 폴리머 섬유 안으로 효과적으로 편입될 수 있는 무기 미립자 물질의 최대 양 뿐만 아니라 수득한 생성물의 미적 특성 및 강도에 영향을 줄 수 있다. 충전제의 입자 크기 분포는 개별 섬유를 상당히 약화시키지 않고 및/또는 섬유 표면을 연마하지 않도록 충분히 작을 수 있지만, 미적으로 만족스러운 표면 질감을 생성하기에 충분히 클 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스 및 선택적인 폴리머에 부가하여, 섬유는 적어도 하나의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 첨가제는 추가의 미네랄 충전제, 예를 들어 탈크, 석고, 규조토, 카올린, 아타펄자이트, 벤토나이트, 몬모릴로나이트, 및 다른 천연 또는 합성 점토로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 첨가제는 무기 화합물, 예를 들어 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 산화칼슘, 및 바륨 황산염로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 첨가제는 광학 광택제; 열 안정화제; 산화방지제; 정전기방지제; 블로킹방지제; 염료; 안료, 예를 들어 이산화티타늄; 광택개선제; 계면활성제; 천연 오일; 및 합성 오일로 구성된 군 중 하나로부터 선택될 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 압출, 몰딩 또는 침착에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 섬유는 압출된 섬유일 수 있다. 예를 들어, 섬유는 감쇠 가스, 바람직하게는, 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름으로 압출된 섬유를 감쇠하거나 또는 건조함에 의해 제조될 수 있는 압출된 섬유일 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스 및 선택적인 첨가제 (예를 들어 무기 미립자 물질)는 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 폴리머 안으로 편입될 수 있다. 예를 들어, 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질은 압출 전의 임의의 단계 동안, 예를 들어, 가열 단계 동안 또는 그 이전에 폴리머 수지에 첨가될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 적어도 하나의 폴리머 및 미세섬유화 셀룰로스, 그리고 선택적으로 무기 미립자 물질의 "마스터배치"는 사전혼합되어, 선택적으로 과립 또는 펠렛으로 형성될 수 있고, 그리고 섬유의 압출 전에 적어도 하나의 추가의 순수한 폴리머 수지와 혼합될 수 있다. 추가의 순수한 폴리머 수지는 마스터배치를 제조하기 위해 사용된 폴리머 수지와 동일 또는 상이할 수 있다. 특정 구현예에서, 마스터배치는 최종 생성물에서 원하는 것보다 더 높은 농도의 미세섬유화 셀룰로스, 예를 들어, 약 20 내지 약 75wt.%의 범위인 농도를 포함하고, 최종 섬유 생성물에서 충전제의 원하는 농도를 수득하기에 적합한 양으로 폴리머와 혼합될 수 있다. 예를 들어, 약 50 wt.% 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질을 포함하는 마스터배치는 약 25 wt.% 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 최종 생성물을 생산하기 위해 동등량의 순수한 폴리머 수지와 혼합될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스와 선택적인 폴리머는, 예를 들어, 적합한 장치를 사용하여 혼합되고 펠렛화될 수 있다. 예를 들어, 마스터배치를 혼합하고 압출하기 위해 ZSK 30 트윈 압출기가 사용될 수 있고, 그리고 선택적으로 마스터배치를 펠렛으로 형성하기 위해 Cumberland 펠리타이저가 사용될 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질이 임의의 추가의 선택적인 첨가제와 함께 형성되고 혼합되면, 본 혼합물은 적어도 하나의 방사 노즐을 통해 계속해서 압출되어 긴 필라멘트를 생산할 수 있다. 압출 비는 원하는 적용에 따라 다양할 수 있다. 일 구현예에서, 압출 비는 약 0.3g/분 내지 약 2.5g/분의 범위이다. 또 다른 구현예에서, 압출 비는 약 0.4g/분 내지 약 0.8g/분의 범위이다.
압출 온도도 또한 원하는 적용에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 압출 온도는 최대 약 100℃의 범위일 수 있다. 압출 장치는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것들로부터 선택될 수 있고, 예를 들어, Reifenhauser에 의해 생산된 Reicofil 4 장치일 수 있다. Reicofil 4의 방사 노즐은, 예를 들어, 직경이 대략 0.6mm인 길이 미터당 6800홀을 함유한다.
섬유는, 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 약 1mm의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 0.5㎛ 내지 약 0.9mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.8mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.7mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.6mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.5mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.4mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.3mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.2mm 또는 약 0.5㎛ 내지 약 0.1 mm의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다. 섬유는, 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 약 200㎛ 또는 약 0.1㎛ 내지 약 190㎛ 또는 약 0.1㎛ 내지 약 180㎛ 또는 약 0.1㎛ 내지 약 170㎛ 또는 약 0.1㎛ 내지 약 160㎛ 또는 약 0.1㎛ 내지 약 150㎛의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 150㎛ 내지 약 200㎛ 또는 약 150㎛ 내지 약 180㎛의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛ 이상의 범위인 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 5㎛ 마이크론 내지 약 50㎛ 또는 약 10㎛ 내지 약 50㎛ 또는 약 20㎛ 내지 약 50㎛의 범위인 직경을 가질 수 있다.
압출 후, 필라멘트는 감쇠될 수 있다. 섬유는, 예를 들어, 미세 직경의 섬유를 형성하기 위해 수렴하는 뜨거운 공지의 흐름에 의해 감쇠될 수 있다.
감쇠 후, 섬유는 유공성 표면, 예컨대 이동하는 스크린 또는 와이어 상으로 지향되어 직조되지 않은 직물을 형성할 수 있다. 섬유는 그런 다음 느슨하게 결합된 웹 또는 시트를 형성하도록, 가로 방향으로 놓인 일부 섬유와 함께 표면에 무작위로 침착될 수 있다. 특정 구현예에서, 웹은 진공력의 수단에 의해 유공성 표면 상에 유지된다. 이 시점에서, 웹은 그램/제곱 미터 (gsm 또는 g/㎡)으로 표시된 웹의 특정 영역의 중량인 그것의 기본 중량에 의해 특징으로 될 수 있다. 웹의 기본 중량은 약 10 내지 약 55gsm의 범위일 수 있다. 웹의 기본 중량은 약 12 내지 약 30gsm의 범위일 수 있다.
일단 웹이 형성되면, 이것은 통상적인 방법, 예를 들어, 용융 및/또는 엉킴 방법, 예컨대 수류-엉킴(hydro-entanglement), 및 공기-통과 결합(through-air bonding)에 따라 결합될 수 있다. 섬유는, 예를 들어 (예를 들어 톱니 모양의 바늘과 연동시킴으로써) 기계적으로 결합될 수 있다. 섬유는, 예를 들어, 접착제로 결합될 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 방사형 섬유일 수 있다. 방사형 섬유는 섬유가 부직포 웹으로 방사되고 분산되는, 연속 공정에 의해 일반적으로 제조된다. 방사형 공정의 2가지 예는 스펀본딩 또는 멜트블로윙이다. 특히, 스펀본드된 섬유는, 예를 들어, 적어도 그것의 연화 온도 이상으로 수지를 가열하고, 방사 노즐을 통해 수지를 압출하여 섬유를 형성하고, 그리고 섬유를 방사형 웹의 형태로 수집되는 섬유 연사 장치로 전사시킴으로써, 폴리머 수지를 섬유 형상으로 방사시킴에 의해 생산될 수 있다. 멜트블로운 섬유는 수지를 압출하고 뜨거운 공기로 수지의 스트림을 감쇠시켜 미세한 직경을 갖는 섬유를 형성하고 섬유를 수집하여 방사형 웹을 형성함에 의해 생산될 수 있다.
방사형 공정은 적어도 하나의 폴리머 수지를 적어도 그것의 연화점까지 또는 미세섬유화 폴리머 수지의 압출에 적합한 임의의 온도로 가열하는 것으로 시작될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스 및 폴리머 수지는 최대 약 100℃, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃의 범위인 온도로 가열될 수 있다.
스펀본드 섬유는 비제한적으로 일반적인 스펀-본딩, 플래시-스피닝, 니들-펀칭 및 워터-펀칭 공정을 포함하는 임의의 공지된 기술에 의해 생산될 수 있다. 예시적인 스펀-본딩 공정은 문헌 [Spunbond Technology Today 2 - Onstream in the 90's(Miller Freeman (1992))], Dorschner 등의 미국 특허 번호 3,692,618, Matuski 등의 미국 특허 번호 3,802,817, 및 Appel 등의 미국 특허 번호 4,340,563에 기술되어 있으며, 이들 각각은 그 전문이 본 명세서에 참고로 포함된다.
섬유는, 예를 들어, 스테이플 섬유일 수 있다. 스테이플 섬유는 방사함에 의하여 제조되고 원하는 길이로 절단되고 베일에 넣어 질 수 있다. 부직포를 형성하기 위해, 스테이플 섬유는 컨베이어 벨트 상에 분산되어 균일한 또는 불균일한 웹으로 (예를 들어, 에어 레잉, 습식 레잉 또는 카딩/크로스-랩핑 공정에 의해) 펼쳐질 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 플래시스펀일 수 있다.
부직포
부직포는 접착제 또는 열이나 압력의 적용하에 열가소성 섬유의 적용으로 결합된 평행하게 놓여지고, 교차하여 놓여지거나 또는 무작위로 놓여진 웹으로 제조된 생성물을 포함한다. 환언하면, 부직포는 직조 또는 편직 이외의 방법으로 생산된 직물이다. 부직포는 거친 것에서부터 부드러운 것까지의 범위로 제조될 수 있으며, 찢어지기는 매우 어려운 것에서부터 약한 것까지이다.
미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 첨가제 및 폴리머를 포함하는 본 발명의 섬유는 다양한 기술 예컨대 펠팅, 접착제 결합, 열융착 결합, 스티치 결합, 니들 펀칭, 수류-엉킴 및 스핀 레잉에 의해 결합될 수 있는 웹을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 첨가제와 조합된 폴리머는 결합할 수 있는 웹을 형성하여 부직포를 생성할 수 있는 섬유를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
부직 물질의 제조에 적합한 섬유의 물리적 특성은 당해 기술에 공지되어 있다. 이들은, 예를 들어, 크림프, 데니어, 길이 및 마감을 포함한다. 섬유 크림프의 양과 물리적 성질은 주어진 섬유로부터 생산되어 지는 부직포에 대한 요건을 결정할 것이다. 이것은 필라멘트의 데니어에 대해서도 또한 마찬가지이다. 섬유가 더 미세하면 부직포의 밀도, 강도 및 유연도가 더 높아진다. 더 무거운 데니어 섬유는 더 높은 생산 속도로 균일한 웹을 제조하는 데 도움이 된다. 이들 특성의 조정은 숙련가가 원하는 물리적 속성을 갖는 부직 물질을 생산하게 한다.
섬유의 길이는 부직포를 생산하기 위해 이용되는 웹 성형 설비의 유형에 좌우될 수 있다. 따라서, 숙련가는 섬유 파손과 부직포의 품질 및 생산 속도를 관리하는 웹 형성 설비에 적합하게 섬유의 길이를 조절할 수 있다.
본 발명의 섬유로 생산된 부직포는 재생, 내열성, 퇴비화가능성 및 생분해 성과 같은 특성을 조절할 수 있다.
본 발명의 섬유로부터 생산된 부직포는 당해 분야에서 공지된 다양한 수단에 의해 결합될 수 있다. 결합제는 섬유를 부직포로 결합시키는 접착제로서 작용한다. 그와 같은 직물은 전형적으로 부직포 결합된 직물로 지칭된다. 따라서 결합제는 최종 부직포 결합된 직물의 중요한 특성을 제어한다. 이들 특성은 예를 들어, 부직포 결합된 직물에서 결합된 섬유의 친수성 또는 소수성에 의해 예시되는 바와 같은, 강도, 탄력성, 취급성 및 드레이프성, 견뢰도 및 화학물질, 산소, 빛, 열, 난연성 및 용매에 대한 저항성을 포함한다.
부직포 결합된 직물에 대한 결합제는 당해 기술에 공지되어 있고, 본 명세서에 기재된 방법으로 제조된 본 발명의 섬유를 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 숙련가는 빈번하게 합성 라텍스로 지칭되는 부타디엔 폴리머, 때때로 불포화된 폴리머로 지칭되는 아크릴산 폴리머, 및 비닐 폴리머, 예컨대 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 비닐 에스테르 및 염화비닐 중에서 선택할 수 있다.
미세섬유화 셀룰로스, 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 선택적인 첨가제와 조합된 폴리머는 바람직하게는 열가소성 폴리머 예컨대 폴리비닐 알코올 (PVA), 코-폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르 및 폴리염화비닐일 수 있다. 일부 구현예에서, 폴리에틸렌 및 에틸렌 비닐 아세테이트가 사용될 수 있다.
숙련가는 유연도 또는 견고성, 접착력, 강도, 내구성, 강성도, 화염 저지, 친수성/소수성, 화학물질과의 혼용성, 표면 장력, 치수 안정성 및 용매에 대한 내성을 포함하는, 부직포의 원하는 특성에 기반하여, 이용되는 결합제를 선택할 것이다.
결합 후, 수득한 시트는 다양한 후-처리 공정, 예컨대 방향 배향, 크리핑, 수류엉킴, 및/또는 엠보싱 공정을 선택적으로 거칠 수 있다. 선택적으로 후처리된 시트는 그런 다음 다양한 부직 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 부직포 제품을 제조하는 방법은 당해 분야에서, 예를 들어, 문헌 [The Nonwovens Handbook, The Association of the Nonwoven Industry (1988)] 및 문헌 [Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, vol. 10, John Wiley and Sons (1987)]에 일반적으로 기재되어 있다.
섬유로부터 부직포의 제조를 위한 수많은 제조 공정이 당해 기술에 공지되어 있다. 이들은 건식 결합된 직물, 스펀본드 직물 및 습식 결합된 직물을 포함한다. 섬유로 형성된 직물 웹은 습식 레이드 웹 및 건식 레이드 웹으로 나누어질 수 있으며, 후자는 평행하게 놓여지고, 교차로 놓여지고 무작위로 놓여진 웹을 포함한다. 섬유가 연속적으로 압출될 때, 스펀 레이드 웹 및 멜트블로운 웹이 형성될 수 있다. 습식 레이드 웹은 많은 면에서 제지 공정과 유사하다.
선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 첨가제 및 폴리머를 갖는 미세섬유화 셀룰로스 섬유는 수성 매질 예컨대 물에 분산될 수 있고 그 다음 철망 상에 놓인다. 이것은 액체가 여과되고 와이어 상에 습성 웹을 형성하게 한다. 습성 웹은 경화되기 전에 펠트와 같은 건조 단계로 이동된다. 그와 같은 공정은 사실상 연속적이다. 웹은 전형적으로, 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 첨가제 및 폴리머를 갖는 미세섬유화 셀룰로스 섬유의 무작위로 놓인 섬유를 포함하는 웹이다. 다수의 습식 레이드 웹은 습식 레이드의 평행하게 놓인 웹을 제조하기 위해 중첩될 수 있다. 그와 같은 다수의 습식 레이드 웹은 제지기계 장치에서 생산될 수 있다.
건식 레이드 웹은 전형적으로 섬유를 필라멘트 형태로 제조하고 그 다음 섬유를 개섬하고, 세척하고 혼합함에 의해 생산된다. 이것은 전형적으로 카드 (또는 카드들)에서 수행된 카딩 단계가 이어져, 추가의 가공을 위해 섬유 엉킴을 푼다. 카드는 롤러 또는 클리어 카드일 수 있다. 섬유는 그런 다음 전형적으로 평행한 정렬, 교차로 놓이거나 또는 무작위로 놓인 정렬로 놓여진다.
연속 필라멘트 웹은 당해 기술에 공지된 바와 같이 스펀 레이드 웹 및 멜트블로운 웹으로부터 형성될 수 있다. 스펀 레이드 웹은 이전에 기재된 바와 같이, 폴리머와 혼합된, 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 선택적인 첨가제의 조성물로부터 섬유를 압출하는 것을 포함한다. 본 조성물은 가스, 바람직하게는 공기에 의해 고속으로 방사 노즐을 통해 압출된다. 섬유는 예를 들어 스크림 또는 스크린 드럼을 포함하는 다양한 지지체 중 하나에 침착되어 웹을 형성한다. 웹은 그런 다음 부직포 결합된 직물을 형성하도록 결합된다.
대안적으로, 섬유는, 가스 흐름의 상당히 더 높은 속도를 제외하고 스펀 레이드 섬유에 대해 기재된 방식으로, 이전에 기재된 바와 같이, 폴리머와 혼합된, 미세섬유화 셀룰로스 및 선택적으로 무기 미립자 물질 및/또는 다른 선택적인 첨가제의 조성물로부터 섬유를 압출하는 것이다.
부직포는 당해 분야에서 공지된 바와 같은 수많은 방식으로 결합된다. 이들은 기계적 결합, 화학적/접착제 결합, 열융착 결합 및 스펀 레이드 웹의 결합을 포함한다. 기계적 결합은 니들 펀칭, 스티치 본딩 및 수류-엉킴을 사용하여 달성될 수 있다. 화학적 결합은 포화, 분무 접착제, 발포 결합으로 기재된 기술 또는 분말 및 인쇄 결합의 적용에 의한 기술을 사용할 수 있다.
부직포는 기저귀, 여성 위생 용품, 성인 실금 제품, 포장재, 와이프, 타월, 먼지털개, 산업 의복, 의료용 커튼, 의료용 가운, 발 커버, 멸균 랩, 테이블 보, 페인트 브러쉬, 냅킨, 쓰레기 봉투, 다양한 개인 위생용품, 지면 커버, 및 여과재를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 약 5 GPa 내지 약 20 GPa의 범위인 탄성 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 6 GPa 내지 약 19 GPa 또는 약 7 GPa 내지 약 18 GPa 또는 약 8 GPa 내지 약 17 GPa 또는 약 9 GPa 내지 약 16 GPa 또는 약 10 GPa 내지 약 15 GPa의 범위인 탄성 계수를 가질 수 있다. 폴리머를 포함하는 섬유는, 예를 들어, 폴리머를 포함하지 않는 것을 제외하고는 동일한 상응하는 섬유보다 더 높은 탄성 계수를 가질 수 있다.
섬유는, 예를 들어, 약 40 MPa 내지 약 200 MPa의 범위인 섬유 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 50 MPa 내지 약 180 MPa 또는 약 60 MPa 내지 약 160 MPa 또는 약 50 MPa 내지 약 150 MPa 또는 약 70 MPa 내지 약 140 MPa 또는 약 80 MPa 내지 약 120 MPa 또는 약 80 MPa 내지 약 100 MPa의 범위인 섬유 강도를 가질 수 있다. 폴리머를 포함하는 섬유는, 예를 들어, 폴리머를 포함하지 않는 것을 제외하고는 동일한 상응하는 섬유보다 더 높은 섬유 강도를 가질 수 있다. 섬유 모듈러스 및 섬유 강도는 인장계를 사용하여 결정될 수 있다.
실시예
실시예 1 (비교)
85% 미세섬유화 셀룰로스 및 15% 카올린 미네랄로 구성되는 조성물을 교반된 매체 밀에서 낮은 고형물 함량으로 미네랄과 함께 크라프트 펄프를 연삭함에 의해 본 명세서에서 기재된 방법에 따라 제조하였다. 본 조성물은 레이저 회절에 의해 측정된 하기 입자 크기 분포를 가졌다 (표 1).
[표 1]
Figure 112020041457366-pat00001
혼합물은 가압 여과에 의해 페이스트 점도로 농후화하고 그 다음 물을 첨가하여 미세섬유화 셀룰로스의 고형물 함량을 8%로 조정하였다. 0.5mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 물질을 밀어내기 위한 여러 번의 시도가 있었지만 바늘은 각각의 경우에 빠르게 차단되었다.
실시예 2
85% 미세섬유화 셀룰로스 및 15% 카올린 미네랄로 구성되는 조성물을 교반된 매체 밀에서 낮은 고형물 함량으로 미네랄과 함께 크라프트 펄프를 연삭함에 의해 본 명세서에서 기재된 방법에 따라 제조하였다. 수득한 생성물은 lOOObar의 압력에서 작동하는 균질기를 통해 1회 통과하였다.
본 조성물은 레이저 회절에 의해 측정된 하기 입자 크기 분포를 가졌다 (표 2).
[표 2]
Figure 112020041457366-pat00002
혼합물은 페이스트 점도로 농후화하고 그 다음 물을 첨가하여 미세섬유화 셀룰로스의 고형물 함량을 5% 내지 8%의 범위 내로 조정하였다. 수득한 혼합물은 그런 다음 0.5mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 섬유는 실리콘 박리지 상에 놓여지고 공기 중에서 건조되었다. 건조시 섬유의 수축은 비록 일부 축 방향 수축 (길이 감소)이 관측되었지만 우세하게 방사상으로 발생했다. 각각의 섬유의 직경을 여러 지점에서 측정하고 평균값을 취했다. Tinius Olsen 인장계를 사용하여 그것의 인장 특성을 시험하였다. 섬유의 특성은 하기 표 3에 나타나 있다.
[표 3]
Figure 112020041457366-pat00003
실시예 3
실시예 1의 미세섬유화 셀룰로스의 페이스트를 표 5에서 나타낸 바와 같이 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 다양한 수용성 폴리머의 용액으로 희석하였다. 사용된 수용성 폴리머는 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
Figure 112020041457366-pat00004
혼합물은 그런 다음 0.5mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 표 5에 나타나 있다.
[표 5]
Figure 112020041457366-pat00005
실시예 4 (압출 오리피스의 크기의 감소)
실시예 1의 미세섬유화 셀룰로스의 페이스트를 표 6에서 나타낸 바와 같이 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 다양한 수용성 폴리머의 용액 또는 물로 희석하였다. 혼합물은 그런 다음 0.34mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 표 6에 나타나 있다.
[표 6]
Figure 112020041457366-pat00006
실시예 5 (압출 오리피스의 크기의 추가 감소)
실시예 1의 미세섬유화 셀룰로스의 페이스트를 표 7에서 나타낸 바와 같이 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 다양한 수용성 폴리머의 용액 또는 물로 희석하였다. 혼합물은 그런 다음 0.16mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 표 7에 나타나 있다.
[표 7]
Figure 112020041457366-pat00007
실시예 6 (추가 미네랄의 첨가)
실시예 1의 미세섬유화 셀룰로스의 페이스트를 표 8에서 나타낸 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 다양한 수용성 폴리머의 용액 또는 물로 희석하였다. 미세한 분쇄 탄산칼슘 미네랄 (Intracarb 60, Imerys)을 또한 혼합물에 첨가하여 도시된 값으로 미네랄 함량을 증가시켰다. 혼합물은 그런 다음 0.5mm 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 표 8에 나타나 있다.
[표 8]
Figure 112020041457366-pat00008
실시예 7 (추가 미네랄의 첨가 및 오리피스 크기의 감소)
85% 미세섬유화 셀룰로스 및 15% 카올린 미네랄로 구성되는 조성물을 교반된 매체 밀에서 낮은 고형물 함량으로 미네랄과 함께 크라프트 펄프를 연삭함에 의해 본 명세서에서 기재된 방법에 따라 제조하였다. 수득한 생성물은 lOOObar의 압력에서 작동하는 균질기를 통해 1회 통과하였다.
본 조성물은 레이저 회절에 의해 측정된 하기 입자 크기 분포를 가졌다 (표 9).
[표 9]
Figure 112020041457366-pat00009
조성물을 가압 여과하여 페이스트로 탈수하고 표 10에서 나타낸 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 수용성 폴리머 또는 물로 희석하였다. 미세한 분쇄 탄산칼슘 미네랄 (Intracarb 60, Imerys)을 또한 혼합물에 첨가하여 도시된 값으로 미네랄 함량을 증가시켰다. 혼합물은 그런 다음 0.34mm 주사기 바늘 또는 0.16mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 표 10에 나타나 있다.
[표 10]
Figure 112020041457366-pat00010
실시예 8 (미네랄 없는 미세섬유화 셀룰로스)
100% 미세섬유화 셀룰로스로 구성되는 조성물을 교반된 매체 밀에서 낮은 고형물 함량으로 미네랄과 함께 크라프트 펄프를 연삭함에 의해 본 명세서에서 기재된 방법에 따라 제조하였다. 수득한 생성물은 lOOObar의 압력에서 작동하는 균질기를 통해 1회 통과하였다.
본 조성물은 레이저 회절에 의해 측정된 하기 입자 크기 분포를 가졌다 (표 11).
[표 11]
Figure 112020041457366-pat00011
조성물을 가압 여과하여 페이스트로 탈수하고 에러! 참고문원을 찾을 수 없음에서 나타낸 바와 같은 미세섬유화 셀룰로스와 폴리머의 고형물 함량의 범위로 수용성 폴리머의 용액으로 희석하였다. 혼합물은 그런 다음 0.5mm 내부 직경 주사기 바늘을 통해 압출되어 대략 30cm 길이인 섬유를 형성하였다. 건조 후, 섬유의 평균 직경을 측정하고 이들을 인장계에 실장하여 그것의 인장 탄성률 및 강도를 결정하였다. 결과는 에러! 참고문원을 찾을 수 없음에 나타나 있다.
[표 12]
Figure 112020041457366-pat00012
실시예 9
미세섬유화 셀룰로스 및 무기 미립자 물질을 포함하는 수많은 수성 조성물을 본 명세서에서 다른 곳에 상세히 기재된 바와 같이 무기 미립자 물질의 존재에서 Botnia 펄프를 공동-연삭함에 의해 제조하였다. 각각의 조성물의 특성은 표 13에 요약되어 있다. POP는 "펄프의 백분율"을 지칭하고 여기서 상기 POP는 무기 미립자 물질보다는 펄프 또는 원섬유인 샘플의 건조 중량의 백분율이다.
[표 13]
Figure 112020041457366-pat00013
실시예 10
첨가제를 각각의 슬러리에 첨가하고 1분 동안 혼합하였다. 혼합물을 60분 동안 정치하고 그 다음 여과했다. 수득한 필터 케이크를 건조 (<1 wt.% 수분) 시까지 80℃에서 실험실 오븐에 두었다.
건조된 조성물은 그런 다음 실험실 Silverson 혼합기에서 재-분산시켰다. (20 POP로 희석됨, 1분 Silverson 혼합)
조성물 1 내지 4 각각에 가변 농도로 상이한 첨가제 (염화나트륨, 글리콜, 우레아, 카복신메틸 셀룰로스, 당 및 구아르 검)를 첨가하고 인장 지수를 결정했다. 평균 결과는 표 14에 요약되어 있다.
[표 14]
Figure 112020041457366-pat00014
실시예 11
이들 시험의 목적은 파일럿 플랜트 설비에서 이용가능한 단일 디스크 정제기를 사용하여 50 wt.% POP (펄프의 백분율) 탄산칼슘/Botnia 펄프 높은 고형분 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물 (즉, 1:1 중량 비의 미세섬유화 셀룰로스 대 탄산칼슘)을 재-분산하는 유효성을 평가하기 위한 것이다. 본 발명에서 사용하기 적합한 단일 디스크 정제기의 예는 Sprout Waldron에 의해 제조되었다. 본 정제기는 12인치 (30cm) 단일 디스크 정제기이다. 디스크 회전 속도는 1320rpm이다. 디스크 주변 속도는 21.07m/s였다. 정제기 디스크 디자인 바 폭 1.5mm; 홈 폭 1.5mm; 바 컷팅 모서리 길이 1.111Km/rev 바 CEL @ 1320rpm 24.44Km/sec. 동등한 사양을 갖는 다른 적합한 정제기가 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
공급 물질.
본 시험에서 이용된 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물을 가공하고 건조하기 위해, 밀링 물질과 건조를 위한 뜨거운 공기 흐름을 도입하는 능력을 갖는 공기-스웹트 밀 또는 건조기인, Atritor 건조기-분쇄기 (영국 웨스트 미드랜드 코번트리 블루리본파크 소재의 Atritor Limited로부터 이용가능한, 12 The Stampings)를 이용하여 제조된 100kg의 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘의 벨트 프레스 케이크 (1:1 중량 비) 및 100kg의 4개의 상이한 공급 물질을 파일럿 플랜트 설비로 이송하였다. 다른 동등한 밀이 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 시험에서 이용된 탄산칼슘 (IC60L)/Botnia 높은 고형분 미세섬유화 셀룰로스 생성물의 특성은 표 15에 나타나 있다. 이들 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물 (1:1 중량 비)은 원위치에 리젝터 아암을 갖는 Atritor 건조기를 사용하여 생산하고 20Hz (느린 공급 속도)로 공급하였다.
[표 15]
단일 디스크 정제 시험에 사용된 공급 물질의 특성
Figure 112020041457366-pat00015
시험 개요
각각의 물질은 제지공장 작동에서 전형적인 시간 / 행동을 재현하기 위해 대형 펄프제조기에서 "습윤"되었다.
펄프로 된 샘플은 0 - 20 - 40 - 60 - 80 - 100 kWh/총 건조 고형물의 톤 사이의 범위인 정제 에너지 투입에서 취한 샘플과 함께 단일 디스크 정제기를 통과하였다.
결과.
1. 50 wt.% POP 탄산칼슘 (IC60)/Botnia 펄프 (31 wt.% 고형분) 벨트 프레스 케이크
미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 이 30.5 wt.% 고형분 벨트 프레스된 케이크를 먼저 15분 동안 7 wt.% 고형분으로 펄프제조기에서 재-분산시켰다. 이 점도는 펌핑하기에 너무 점성이어서 본 물질을 물로 1 wt.% 내지 6 wt.% 고형분으로 희석하였다. 이 물질은 그런 다음 정제기를 통과시키고 그리고 다양한 작업 입력시 샘플을 취하였다.
아래 표 16은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘을 포함하는 벨트 프레스된 케이크의 특성에 대한 단일 디스크 정제기의 효과를 나타낸다. 유입된 상태로의 물질에 대해 인용된 값으로 1000 - 2000 kWh/t로 되는 Silverson 혼합기 (매사추세츠주 01028 이스트 롱매도우 55 체스트넛 St. 소재의 Silverson Machines, Inc.)에서 1분간 혼합되도록 한다.
[표 16]
Figure 112020041457366-pat00016
벨트 프레스 케이크는 6 wt.% 고형분에서 정제될 수 있고 그리고 20 kWh/t의 입력 후 FLT 지수가 회복되었다는 것을 알 수 있다. FLT 지수는 미세섬유화 셀룰로스 및 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 품질을 평가하기 위해 개발된 인장 시험이다. 시험 물질의 POP는 무기 미립자가 미세섬유화 셀룰로스/무기 물질 복합체 (무기 미립자 없는 미세섬유화 셀룰로스의 경우 60 wt.% <2um GCC 탄산칼슘이 사용됨)의 생산에 사용될 때마다 부가함에 의해 20%로 조정되었다. 이미 언급된 Buchner 여과 장치를 사용하여 이 물질로부터 220gsm (g/㎡) 시트를 형성한다. 수득한 시트는 컨디셔닝되고 산업 표준 인장 시험기를 사용하여 그것의 인장 강도를 측정했다. 최대 100 kWh/t의 에너지 투입은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물의 FLT 지수 및 점도 둘 모두를 개선할 수 있다. 1 및 그 미만의 "nib 계수"가 허용가능하고 종이 시트의 양호한 형성을 시사한다. 당해 분야의 숙련가에게 공지된 바와 같이, nib 계수는 먼지 숫자 시험 (예를 들어 TAPPI 먼지 숫자 시험 참조)이며 미세섬유화 셀룰로스가 완전히 재-분산되었다는 징후이다. 이 경우, FLT 지수를 측정하기 위해 형성된 시트는 파괴 인장 시험 전에 라이트 박스를 사용하여 nib 계수를 거친다. 낮은 nib 계수는 임의의 수성 적용에서 양호한 재-분산을 나타낸다.
표 17은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물의 입자 크기에 대해 이루어진 단일 디스크 정제기의 효과를 나타낸다. 입자 크기 분포 ("PSD")는 품질관리 실험실 설비에 위치한 Malvern Insitec (영국 WR14 1XZ, 말번 글로브우드 로드 에니그마 비지니스 파크 소재의 Malvern Instruments Ltd)에서 측정하였다.
[표 17]
Figure 112020041457366-pat00017
PSD 값으로부터 단일 디스크 정제기는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물의 조대 입자를 감소시키는데 아주 효율적이다는 것을 알 수 있다.
2. Atritor 건조기 (51.4wt.% 고형분)에서 건조된 50 wt.% POP 탄산칼슘 (IC60)/Botnia 펄프 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비).
Atritor 건조기를 사용하여 건조된 이 51.4 wt.% 1:1 중량 비의 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 생성물을 7 wt.% 고형분으로 펄프제조기 내에 재-분산시켰다. 이 물질의 저점도는 펌핑이 쉽게 되도록 하였다. 이 물질은 그런 다음 정제기를 통과시키고 그리고 다양한 작업 입력시 샘플을 취하였다.
아래 표 17은 51.4 wt.% 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물의 특성에 대한 단일 디스크 정제기의 효과를 나타낸다. 유입된 상태로의 물질에 대해 인용된 값으로 1000 - 2000 kWh/t로 되는 Silverson 혼합기에서 1분간 혼합되도록 한다.
[표 17]
Figure 112020041457366-pat00018
Atritior 건조기에서 건조된 이 51.4 wt.% 건조된 조성물은 60 kWh/t을 사용하여 전적으로 재-분산될 수 있고 특성은 증가된 에너지 투입으로 더욱 개선된다. 이 물질은 점도 및 FLT 지수뿐만 아니라 벨트 프레스된 케이크에 유사한 상대적으로 낮은 nib 계수를 다시 얻었다.
표 18은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 입자 크기에 대해 이루어진 단일 디스크 정제기 효과를 나타낸다.
[표 18]
Figure 112020041457366-pat00019
PSD 값으로부터 단일 디스크 정제기는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 1:1 중량 비 조성물의 조대 입자를 감소시키는데 아주 효율적이다는 것을 알 수 있다.
3. Atritor 건조기에서 건조된 50 wt.% POP 탄산칼슘 (IC60)/Botnia 펄프 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 1:1 중량 비 조성물 (58.1 wt.% 고형분).
미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 이 58.1 wt.% 고형분 조성물을 7, 8 및 9 wt% 고형분에서 평가하였다. 그 이유는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘을 포함하는 조성물이 점도에서 너무 "묽은" 상태가 되었고 정제기의 금속 디스크가 자체로 마찰되기 때문에 더 높은 에너지 투입이 달성될 수 없었기 때문이다. 아래 표 19는 세 가지 상이한 고형분 함량에서 모든 생성물의 특성을 나타낸다. 유입된 상태로의 물질 및 0 kWh/t에 대해 인용된 값으로 1000 - 2000 kWh/t로 되는 Silverson 혼합기에서 1분간 혼합되도록 한다.
[표 19]
Figure 112020041457366-pat00020
미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 58.1 wt.% 조성물은 7, 8 및 9 wt.% 고형분으로 전적으로 재-분산될 수 있다. 각각의 점도에서 대조 FLT뿐만 아니라 점도 및 nib 계수가 초과되었다. 9 wt.% 고형분에서 가장 큰 향상이 달성된다.
표 20은 3가지 고형물 함량 수준에서 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 입자 크기에 대해 이루어진 단일 디스크 정제기 효과를 나타낸다.
다시 한번 PSD 데이터는 3가지 점도 모두에서 조대 펄프의 크기를 변경하는 것에 대한 단일 디스크 정제기의 효율을 나타낸다.
[표 20]
Atritor 건조기에서 건조된 단일 디스크 정제된 58.1 wt.%의 미세섬유화 셀룰로스 (1:1 중량 비) 조성물의 PSD 특성.
Figure 112020041457366-pat00021
4. Atritor 건조기에서 건조된 50 wt.% POP 탄산칼슘 (IC60)/Botnia 펄프 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 조성물 (70.1 wt.% 고형분).
각각의 작업 입력에서 이 70.1 wt.% 고형분 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 표 21에 나타내었다. 유입된 상태로의 물질 및 0 kWh/t에 대해 인용된 값으로 1000 - 2000 kWh/t로 되는 Silverson 혼합기에서 1분간 혼합되도록 한다.
[표 21]
Figure 112020041457366-pat00022
단일 디스크 정제기는 Silverson 혼합기를 사용하는 것에 비교하여 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 건조된 조성물을 재-분산시키는데 훨씬 더 효율적이다는 것을 다시 한번 알 수 있다. 100 kWh/t의 에너지 투입은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물을 특성이 벨트 프레스된 케이크에 유사한 정도로 재-분산시킨다.
표 22는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 입자 크기에 대해 이루어 진 단일 디스크 정제기 효과를 나타내고 그리고 다시 한번 정제기는 아주 효율적인 것으로 나타났다.
[표 22]
Figure 112020041457366-pat00023
5. Atritor 건조기에서 건조된 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 50 wt.% POP 탄산칼슘 (IC60)/Botnia 펄프 조성물 (86.2 wt.% 고형분).
미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 86.2 wt.% 고형분 조성물에서 이 물질은 매우 건조한 것으로 간주되고 그래서 본 조성물은 나머지 물질과 동일한 조건 (0.2J/m의 강도)뿐만 아니라 0.1J/m의 강도에서 정제하였다. 0.1J/m은 덜 강렬하므로 원하는 작업 입력을 달성하는데 더 오래 걸린다. 표 23을 참고한다.
유입된 상태로의 물질 및 0 kWh/t에 대해 인용된 값으로 1000 - 2000 kWh/t로 되는 Silverson 혼합기에서 1분간 혼합되도록 한다.
[표 23]
Atritor 건조기에서 건조된 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 단일 디스크 정제된 86.2 wt.% 조성물의 특성.
Figure 112020041457366-pat00024
이들 결과는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 아주 놓은 고형분 조성물이 100 kWh/t을 사용하여 벨트 프레스된 케이크와 동일한 특성으로 다시 재-분산될 수 있다는 것을 나타낸다. 강도가 변화되는 경우 특성은 80 kWh/t의 낮은 에너지를 사용하여 회복될 수 있다.
표 24는 양자의 강도에서 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 입자 크기에 대해 이루어 진 단일 디스크 정제기 효과를 나타낸다.
[표 24]
Atritor 건조기에서 건조된 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 단일 디스크 정제된 86.2 wt.% 조성물의 PSD 특성.
Figure 112020041457366-pat00025
도 1은 상기 연구로부터의 FLT 데이터를 요약한다. 본 데이터는 대조 FLT가 시험된 모든 샘플에서 달성될 수 있다는 것과 대조 FLT가 중간 고형분 생성물에서 초과될 수 있다는 것을 나타낸다.
6. 정제된 생성물의 추가 처리
파일럿 플랜트 설비에서 생산된 수많은 생성물에 Silverson 혼합기를 통해 샘플에 추가의 에너지가 투입되었다. 이들 실험은 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 물리적 특성이 추가의 에너지로 개선되는지 여부를 조사하기 위한 것이었다. 하기 표는 결과를 나타낸다 (표 25).
결과는 혼합되어 있다는 것을 알 수 있다. 일부 경우에 FLT 지수에서의 증가가 있고 기타 경우에는 없다.
[표 25]
추가의 에너지 투입의 효과
Figure 112020041457366-pat00026
결과.
결과는 하기를 나타낸다:
ㆍ 파일럿 플랜트 설비에서 단일 디스크 정제기는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물을 재-분산시키는 매우 효율적인 방법이다.
ㆍ 최대 86 wt.% 고형분으로 건조된 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물은 그것의 최초 강도 특징을 달성하도록 재-분산될 수 있다.
ㆍ 강도에 대한 향상이 달성될 수 있다.
ㆍ 단일 디스크 정제기는 다른 평가된 방법보다 낮은 에너지 투입을 사용하여 재-분산을 달성한다.
ㆍ 고형물 함량은 정제할 때 아주 중요하고 모든 샘플에 대해 최적화되어야 한다.
ㆍ 정제기의 강도를 낮추면 개선된 결과를 달성한다.
ㆍ 단일 디스크 정제기는 미세섬유화 셀룰로스 및 탄산칼슘 (1:1 중량 비)을 포함하는 조성물의 PSD를 변경하는데 아주 효율적이다.
MFC의 초음파 처리
실시예 12
다양한 FiberLean® MFC 제품 형태에 대한 초음파 배쓰(bath)의 효과
제1 연구는 다양한 FiberLean® MFC 제품 형태에 대한 실험실 피셔 브랜드 FB11005 초음파 수조를 사용하는 효과를 조사하기 위한 것이었다. FiberLean® MFC는 슬러리, 벨트 프레스된 케이크 및 높은 고형분 건조 50 wt.% 고형분 생성물의 형태에서 50 POP IC60/Botnia 혼합물이었다. 샘플을 희석하여 6.25 wt.% 고형분에서 20% POP (펄프의 백분율-- POP 또는 펄프의 백분율은 무기 미립자 물질보다는 펄프 또는 원섬유인 샘플의 건조 중량의 백분율이다) 현탁액을 제조하였다. 각각의 샘플을 초음파 배쓰 내에서 여러 번 거치게 하고 그 다음 실험실 Silverson 혼합기에서 7500rpm으로 1분간 처리하였다; 후속적인 FLT (Nm/g: 인장 강도의 측정) 및 점도 측정을 수행하였다.
FLT 지수는 미세섬유화 셀룰로스 및 재-분산된 미세섬유화 셀룰로스의 품질을 평가하기 위해 개발된 인장 시험이다. 시험 물질의 POP는 미세섬유화 셀룰로스/무기 물질 복합체 (무기 미립자 없는 미세섬유화 셀룰로스의 경우 60 wt.% <2um GCC 탄산칼슘이 사용됨)의 생산에 사용될 때마다 부가함에 의해 20%로 조정되었다. 이미 언급된 Buchner 여과 장치를 사용하여 이 물질로부터 220gsm 시트를 형성한다. 수득한 시트는 컨디셔닝되고 산업 표준 인장 시험기를 사용하여 그것의 인장 강도를 측정했다.
도 2는 FiberLean® MFC 슬러리의 점도에 대한 효과를 나타낸다. 처음 5분 이내에 점도에서의 작은 증가가 관측되었다는 것을 알 수 있다. 표 26-29는 초음파 배쓰 처리 후 FiberLean® MFC의 강도 특성을 나타낸다. FLT 지수 방법에 의해 측정된 바와 같이 물질의 강도는 극적으로 변화되지 않았다는 것을 알 수 있다. 품질에서의 개선 또는 FiberLean® MFC의 재-분산을 위해 초음파 배쓰의 사용은 권고되지 않는다. 낮은 힘 입력은 강도 특성에 영향을 주지 않지만 점도에 약간 영향을 미친다.
[표 26]
Figure 112020041457366-pat00027
[표 27]
Figure 112020041457366-pat00028
[표 28]
Figure 112020041457366-pat00029
[표 29]
Figure 112020041457366-pat00030
실시예 13
FiberLean® MFC 슬러리에 대한 초음파 탐침의 효과
이 실험은 초음파 탐침이 FiberLean® MFC 슬러리에 가해지는 효과를 탐구하기 위한 것이었다. Imerys Par Moor Centre 내에서 사용된 초음파 탐침은 "탐침 호름 CV33"을 구비한 "Sonics Vibracell VCX500 500 Watt 모델"이고 입자 크기 측정 이전에 미네랄 슬러리의 분산물에 대해 사용된다. 탐침 (Horn)은 40%의 진폭에서 작동하도록 구체적으로 설계되지만 이 실험 및 추가의 실험에 대해 최대 100%로 작동된다.
1.7 wt.%의 총 고형물 함량에서 50% POP IC60/Botnia 슬러리를 IC60 탄산염 (70wt.% 고형분) 슬러리로 20% POP로 희석시켰다. 이것은 샘플의 총 고형분을 4.24 wt.%로 만들었다.
초음파 탐침을 슬러리에 액침하고 다양한 진폭에서 초음파를 여러 번 조사했다. 도 3과 4는 FLT 지수 (Nm/g: 인장 강도의 측정)와 점도의 증가를 나타낸다. 도면에서 진폭이 높을수록 인장 강도가 증가한다는 것을 알 수 있다. 100% 진폭에서 FLT 지수에서의 20% 증가는 최초 슬러리에 비해 30초 이내에 달성될 수 있다. 최초 슬러리와 비교하여 초음파 적용 2분 이내에 33% 증가가 달성될 수 있다. 65%의 감소된 진폭에서, FLT 지수의 증가는 공급 슬러리에 비해 초음파의 2분 후에 14%였다.
실시예 14
FiberLean® MFC 슬러리에 대한 펄스 초음파의 효과
초음파 탐침은 연속식 또는 펄스 방식으로 작동될 수 있다. 이 실험은 이 효과를 관찰하는 데 있다. FiberLean® MFC 슬러리를 상기 실시예 13에서와 같이 제조하고 펄스 초음파를 처리하였다. 도 5는 펄스 방식 동작을 사용하여 FLT 지수에서의 증가가 이루어질 수 있음을 보여준다. FiberLean® MFC의 품질에서의 향상을 위해 초음파 탐침의 사용이 권고된다. FiberLean® MFC 슬러리 특성의 극적인 증가는 바람직하게 높은 진폭과 연속식 방식에서의 실행을 사용하여 달성될 수 있다.
실시예 15
FiberLean® MFC 슬러리 내 초음파 효율에 대한 세라믹 연삭 매체의 효과
FiberLean® MFC 생성물의 생산은 세라믹 연삭 매체의 존재에서 셀룰로스 및 미네랄의 습성 마멸 밀링에 의해 달성된다. 이 실험은 존재하는 일부의 세라믹 연삭 매체로 초음파 공정의 효과를 조사하는 것이었다. 상기 실시예 13 및 14에서 제조된 것과 같은 FiberLean® MFC의 슬러리에 10개의 세라믹 연삭 매체 비드 (~3mm 크기)를 도핑하였다. 물질은 100% 진폭에서 다양한 에너지 투입을 받았다. 도 6은 샘플 내 매체의 존재가 FLT 지수의 증가에 해로운 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. 세라믹 연삭 매체의 존재는 이들 조건하에서 FiberLean® MFC 슬러리의 초음파 처리에 영향을 미치지 않는다.
실시예 16
FiberLean® MFC 50% POP 벨트 프레스된 케이크에 대한 초음파 탐침의 효과
Trebal에서 생산된 50% POP IC60/Botnia 벨트 프레스 케이크가 이 다음 연구에서 공급 물질이었다. 벨트 프레스된 케이크를 IC60 탄산염 슬러리를 사용하여 20% POP, 6.25 wt.% 고형분으로 희석하였다. 샘플을 제조하고 그리고:
i) Silverson 혼합기에서 1분의 고전단 혼합을 하고: 대조군
ii) 100% 진폭에서 여러 번의 초음파를 조사하였다.
도 7은 벨트 프레스된 케이크가 초음파 탐침을 사용하여 물에 재-분산될 수 있고 대조 FLT 지수가 달성되고 능가될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 17
FiberLean® MFC 미네랄 없는 벨트 프레스된 케이크에 대한 초음파 탐침의 효과
벨트 프레스된 케이크의 재-분산을 더 연구하기 위해 미네랄 없는 버전을 평가했다. 벨트 프레스된 케이크를 IC60 탄산염 슬러리를 사용하여 20% POP, 6.25 wt.% 고형분으로 희석하였다. 샘플을 제조하고 그리고:
i) Silverson 혼합기에서 1분의 고전단 혼합을 하고: 대조군
ii) 100% 진폭에서 여러 번의 초음파를 조사하였다.
도 8은 초음파 단독으로 고전단 혼합으로 생산된 샘플 특성을 달성할 수 있다는 것을 다시 한번 나타낸다. 초음파와 조합된 고전단 혼합은 개선된 인장 강도를 얻을 수 있다.
실시예 17
60wt.% 높은 고형분 건조된 FiberLean® MFC에 대한 초음파 탐침의 효과
벨트 프레스된 케이크를 건조시켜 생산된 발전 생성물에 대해 초음파의 사용을 평가하였다. 50% POP IC60/Botnia 60 wt.% 고형분 물질은 9 Nm/g의 FLT 지수를 달성하기 위해 3 내지 4분의 고전단 Silverson 혼합을 필요로한다.
이 연구는 하기를 탐구하였다
i) 높은 에너지 혼합에 대한 전구체로서 초음파의 사용
ii) FLT 값을 개선하기 위한 추가의 보조제로서 초음파의 사용
도 9는 초음파 에너지의 효과는 고전단 혼합을 보다 효과적으로 사용함을 나타낸다. 도 10은 조합된 고전단 혼합 및 초음파의 이점을 입증한다. 초음파의 사용은 고전단 혼합이 있거나 없이 건조된 FiberLean® MFC 생성물을 재-분산시키는 효율적인 방법이다.
실시예 5-10의 결과는 MFC 생성에 초음파 처리를 추가한 적어도 하기의 예기치 못한 결과를 나타낸다:
ㆍ MFC 슬러리의 특성 (예를 들어, FiberLean® MFC 특성)은 바람직하게는 탐침 또는 초음파 수조에 의해 적용되는 경우 초음파처리에 의해 실질적으로 향상될 수 있다
ㆍ 더 높은 진폭은 더 높은 FLT 지수를 생성한다
ㆍ MFC 슬러리 (예를 들어, FiberLean® MFC 특성) 내의 세라믹 오염물질은 초음파의 능력에 의한 해로운 효과를 미치지 않아 슬러리의 특성에 유익하게 영향을 미친다
ㆍ MFC 벨트 프레스 케이크 (예를 들어, FiberLean® MFC 프레스 케이크)는 이것을 재-분산시키는 방법으로 초음파에 매우 접합하다.
ㆍ 초음파는 고전단 재-분산을 대체하거나 또는 절차를 향상시킬 수 있다.
ㆍ 더 높은 고형물 함량 물질이 초음파를 사용하여 재-분산될 수 있다.

Claims (26)

  1. 수용성 또는 분산성 폴리머의 부존재하에, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유로서,
    상기 섬유가,
    (1) 수용성 또는 분산성 폴리머의 부존재하에, 미세섬유화 셀룰로스를 포함한 조성물을 제조하는 단계로서,
    상기 미세섬유화 셀룰로스는 20 내지 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스를 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나, 또는 초음파 기구로 음파처리하는 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
    상기 연삭은 연삭 매체의 존재하에서 수성 환경에서 수행되고; 상기 연삭 매체의 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
    (2) 단계 (1)로부터의 미세섬유화 셀룰로스를 압출기를 통해 압출하는 단계;
    (3) 상기 압출된 미세섬유화 셀룰로스를 감쇠 가스로 감쇠하는 단계; 및
    (4) 상기 압출된 섬유를 수집하는 단계를 포함하는,
    방법에 의하여 얻어질 수 있는, 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (median diameter)(d50)을 갖는, 섬유.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 0.1㎛ 내지 1mm의 범위인 직경을 갖는, 섬유.
  4. 제3항에 있어서, 상기 섬유는 압출된 섬유인, 섬유.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연삭은 상기 연삭 매체의 존재하에서 수성 환경에서 수행되는, 섬유.
  6. 수용성 또는 분산성 폴리머의 부존재하에, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 섬유를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법이 (1) 수용성 또는 분산성 폴리머의 부존재하에, 미세섬유화 셀룰로스를 포함하는 조성물을 제조하는 단계로서, 상기 미세섬유화 셀룰로스는 20 내지 50의 범위인 섬유 경사도를 가지고; 상기 미세섬유화 셀룰로스는 (i) 연삭 용기에서 셀룰로스를 포함하는 섬유질 기재를 연삭하는 공정 및 (ii) 셀룰로스를 포함하는 분쇄된 섬유질 기재를 정제기에서 정제하거나, 또는 균질기에서 균질화하거나, 또는 초음파 기구로 음파처리하는 2단계 공정에 의해 수득될 수 있고;
    상기 연삭은 연삭 매체의 존재하에서 수성 환경에서 수행되고; 상기 연삭 매체의 크기가 0.5mm 이상인, 단계;
    (2) 단계 (1)로부터의 미세섬유화 셀룰로스를 압출기를 통해 압출하는 단계;
    (3) 상기 압출된 미세섬유화 셀룰로스를 감쇠 가스로 감쇠하는 단계; 및
    (4) 상기 압출된 섬유를 수집하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 미세섬유화 셀룰로스는 100㎛ 미만의 중앙 직경 (d50)을 갖는, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 감쇠 가스는 하나 이상의 뜨거운 공기의 흐름(stream)인, 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 초음파 기구는 초음파 탐침, 초음파 수조, 초음파 균질기, 초음파 포일 및 초음파 호른으로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 연삭 용기는 스크린된 연삭기인, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스크린된 연삭기는 교반된 매체 데트리터(detritor)인, 방법.
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 섬유는 80℃ 내지 100℃의 온도에서 압출되는, 방법.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 섬유는 0.1㎛ 내지 1mm의 평균 직경을 가지는, 방법.
  14. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 섬유는 장력계 (tensiometer)로 측정하여 5 GPa 내지 20 GPa의 탄성 계수를 갖는, 방법.
  15. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 섬유는 장력계로 측정하여 40 MPa 내지 200 MPa의 섬유 강도를 갖는, 방법.
  16. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 섬유는 방사형(spunlaid) 섬유인, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방사형 섬유는 스펀본딩(spunbonding)에 의해 형성된, 방법.
  18. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 수집 단계는 유공성 표면상에 섬유를 침착하여 부직포 웹을 형성하는 것인, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유공성 표면은 이동하는 스크린 또는 와이어인, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 부직포 웹은 수류-엉킴(hydro-entanglement)에 의해 결합된, 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 부직포 웹은 공기-통과 열융착 결합(through-air thermal bonding)에 의해 결합된, 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 부직포 웹은 기계적으로 결합된, 방법.
  23. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단계(1)의 조성물은 분산제, 살생물제, 현탁화제, 산화제, 및 목재 분해 효소로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 방법.
  24. 부직포 제품을 제조하기 위하여 제6항 또는 제7항의 방법에 의하여 얻어질 수 있는 섬유.
  25. 제1항 또는 제2항에 따른 섬유에 의하여 제조된 부직포 제품으로서, 기저귀, 여성 위생용품, 성인 실금 제품, 포장재, 수건, 타월, 분진 걸레, 산업 의복, 의료용 드레이프, 의료용 가운, 발 커버, 멸균 랩, 테이블 보, 페인트 브러쉬, 냅킨, 쓰레기 봉투, 다양한 개인 위생용품, 지면 커버(ground cover), 및 여과재로 구성된 군으로부터 선택되는, 부직포 제품.
  26. 제25항에 있어서, 상기 부직포 제품은 생분해성인, 부직포 제품.
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